Brevet FR2828280A1 — publié le 20030207

Procédé et dispositif de surveillance automatique du fonctionnement d'une boîte de vitesses de véhicule automobile La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance automatique de boîte de vitesses utilisés, par exemple, pour détecter l'éminence de la destruction de la boîte de vitesses, par exemple, lors d'essais. En effet, l'objectif des essais d'une boîte de vitesses est notamment de vérifier sa fiabilité. Or, une boîte de vitesses peut être détruite avant la fin de l'essai suite à un défaut mécanique ou structurel de la boîte. Cette destruction provoque d'une part l'immobilisation du banc d'essai utilisé et d'autre part de très grandes difficultés voire une impossibilité pour déterminer la cause de la casse de la boîte de vitesses. Il existe des solutions dans lesquelles un dispositif de surveillance des vibrations permet de suivre le comportement de la boîte de vitesses sur un seul de ses rapports. Par conséquent, pour surveiller tous les rapports, il est nécessaire de mettre en place autant de dispositifs que de rapports de boîte de vitesses. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des solutions de l'art antérieur en proposant un procédé de surveillance automatique du fonctionnement d'une boîte de vitesses de véhicule automobile permettant de surveiller le niveau d'usure de la totalité des éléments tournants d'une boîte de vitesses pour tous les rapports. Ce but est atteint par un procédé de surveillance automatique de boîte de vitesses à plusieurs rapports de réduction, couplé à un moteur de véhicule automobile comprenant une étape d'acquisition périodique, pour chaque rapport, d'un signal généré par un seul capteur et représentatif du niveau global d'énergie vibratoire de la boîte de vitesses, une étape de calcul et de mémorisation, pour chaque rapport, d'une valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoires, une étape de comparaison, pour chaque rapport, de la valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoire mémorisée, à une valeur seuil déterminée. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de surveillance automatique du fonctionnement d'une boîte de vitesses de véhicule automobile permettant de surveiller le niveau d'usure de la totalité des éléments tournants d'une boîte de vitesses pour tous les rapports. Ce deuxième but est atteint par un dispositif de surveillance automatique de boîte de vitesses de véhicule automobile à plusieurs rapports de réduction couplée à un moteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un seul capteur d'accélération vibratoire monté sur la surface extérieure de la boîte de vitesses, un module d'acquisition de la valeur de l'accélération vibratoire, un module de traitement destinée à calculer, pour chaque rapport de la boîte de vitesses la valeur efficace de l'accélération vibratoire et à comparer cette valeur à un seuil déterminé pour chaque rapport et un module d'alerte déclenchant l'arrêt de la boîte de vitesses et/ou avertissant un utilisateur lorsque, pour au moins un rapport, la valeur efficace de l'accélération vibratoire calculée dépasse le seuil déterminé pour ce ou ces rapports. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente un logigramme du procédé selon l'invention, La figure 2 représente un diagramme de déclenchement des étapes d'acquisitions du procédé selon l'invention, La figure 3 représente une courbe des valeurs efficaces de l'accélération vibratoire au court du temps, La figure 4 représente les différentes bandes de fréquences analysées dans le procédé selon l'invention. En fonctionnement, une boîte de vitesses est soumise à des accélérations de l'ordre de 20g. Les valeurs enregistrées pour une boite de vitesses neuve sont de l'ordre de 10g alors que pour une boîte de vitesses usagée les valeurs d'accélérations enregistrées sont de l'ordre de 40g et peuvent atteindre ponctuellement 100g au maximum. Les fréquences des phénomènes d'usure les plus caractéristiques des éléments d'une boîte de vitesse à l'ordre 1 vont de 1 Hz à 1500 Hz. Le principe du procédé selon l'invention est de mesurer pour chaque rapport de la boîte de vitesses, les accélérations dues aux vibrations de la boîte de vitesses puis de calculer une valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoire.. L'évolution de cette valeur est représentative de l'évolution de la dégradation globale de la boîte de vitesses et peut ainsi prévenir une casse imminente de la boîte de vitesse. En effet, il apparaît que la casse de la boîte de vitesses intervient pendant une augmentation rapide du niveau global d'énergie vibratoire de la boîte de vitesses. Cependant, la requérante a remarqué que le niveau global d'énergie vibratoire était différent pour chaque rapport de la boîte de vitesses. Par conséquent, pour éviter de provoquer l'arrêt de la boîte de vitesses de façon intempestive il est nécessaire de surveiller l'évolution du niveau global d'énergie vibratoire pour chaque rapport. Selon une variante de réalisation du procédé selon l'invention, la valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoire est la valeur efficace de l'accélération vibratoire calculée par la méthode RMS (Root Means Square). Cette valeur efficace est représentative du niveau de vibration de la boîte de vitesses en fonctionnement. Les valeurs successives dans le temps de la valeur efficace de l'accélération vibratoire sont ensuite comparées à une valeur seuil déterminée. Lorsque la valeur efficace de l'accélération vibratoire dépasse le seuil déterminé, cela indique une casse éminente de la boîte de vitesses. Ainsi, selon l'invention le procédé comprend à intervalle de temps déterminé et pour chaque rapport, une étape (1) d'acquisition de l'accélération vibratoire par l'intermédiaire d'un seul capteur. Le capteur d'accélération est placé sur la surface extérieure de la boîte de vitesses dans une zone appropriée permettant de visualiser le maximum de phénomènes vibratoires. Selon une variante de réalisation, le capteur est placé dans le plan des roulements en bout de boite de vitesses. L'acquisition est réalisée pendant une durée déterminée et la valeur efficace de l'accélération vibratoire est ensuite calculée pour la période d'acquisition. La figure 2 représente un diagramme de déclenchement des étapes d'acquisitions du procédé selon l'invention. Ce diagramme est réalisé dans le cadre d'un essai sur banc d'une boite de vitesses à 6 rapports. Ces essais se déroulent de façon connue par une répétition de cycles de fonctionnement représentatifs d'une utilisation d'un client, sévérisée. Un cycle dure plusieurs heures et un essai complet peut comporter plusieurs centaines de cycles. Un cycle comprend en général, une succession de phases d'accélérations et de décélérations avec changements de rapport. Selon l'invention, une étape d'acquisition de l'accélération est déclenchée pour chaque cycle. Pour ce faire, le cycle comprend un sous-cycle d'acquisition comprenant le passage successif de tous les rapports de la boîte de vitesses et pour chaque rapport une phase (10) où le régime moteur est stabilisé. L'acquisition de l'accélération vibratoire est déclenchée pendant cette dernière phase (10). Selon la figure 2, les rapports sont enclenchés dans l'ordre croissant avec entre chaque phase de régime stabilisé une phase accélération jusqu'à un régime moteur de consigne. Selon une variante de réalisation, le régime moteur de consigne est identique pour tous les rapports ; cela permet une simplification des calculs de fréquences signatures des organes de la boîte de vitesses car on n'a qu'une seule valeur à gérer dans ce calcul quelque soit le rapport engagé. Le régime est, par exemple, égal à 2700 tr/min 10 tr/min pour les moteur Diesel.. L'acquisition peut être réalisée après une temporisation (11) déclenchée dès le début de la phase de régime stabilisé afin de s'affranchir des phénomènes vibratoires transitoires liés au changement de rapport. Comme expliqué précédemment, l'acquisition est réalisée pendant une durée déterminée, par exemple, de l'ordre de quelques secondes (de préférence 6s). Ainsi, pour l'exemple représenté à la figure 2, le sous-cycle d'acquisition dure moins de deux minutes ce qui ne perturbe pas l'essai (cela représente une dizaine d'heures sur plus de 2 mois d'essai au total). Le procédé comprend ensuite une étape (2) de calcul et de mémorisation de la valeur efficace de l'accélération vibratoire, pour chaque rapport, . Dans une étape (4) suivante et pour chaque rapport la valeur efficace de l'accélération vibratoire est comparée à un seuil. En effet, Chaque rapport et chaque boîte de vitesses possède un niveau global d'énergie vibratoire propre qu'il n'est pas possible de déterminer au préalable. Selon l'invention, la valeur du seuil est différente pour chaque rapport de la boîte de vitesses. Selon une variante de réalisation, le seuil correspond à deux fois la valeur moyenne des dix premières valeurs efficaces de l'accélération vibratoire calculée depuis la mise en service de la boîte de vitesses. Le seuil est déterminé par expérience. Lors d'un essai sur banc, la valeur du seuil correspond à deux fois la valeur moyenne des valeurs efficaces de l'accélération vibratoire calculée, par exemple, sur les dix premiers cycles de l'essai. La figure 3 représente deux courbes des valeurs efficaces de l'accélération vibratoire au court du temps pour deux rapports différents. Comme expliqué précédemment, chaque rapport de la boîte de vitesses est surveillé séparément, par conséquent, une courbe (C1, C2) de valeurs d'accélération efficace est réalisée pour chaque rapport. Une première, respectivement une deuxième courbe (C1, respectivement C2) représente les valeurs successives de l'accélération vibratoire d'un premier, respectivement deuxième rapport, mesurées à chaque cycle d'un essai sur banc. La valeur seuil (S1, S2) correspondant pour chaque rapport et selon l'exemple précédent, à la moyenne des valeurs efficaces de l'accélération vibratoire des dix premières mesures, est comparée à la valeur mesurée pour déterminer l'éminence d'une casse. Pendant cette période il peut ne pas y avoir de vérification de la valeur efficace de l'accélération vibratoire. Cependant, par expérience, une boite de vitesses ne casse pas dans les premières heures de fonctionnement ce qui correspond à la période nécessaire pour obtenir suffisamment de valeurs efficaces de l'accélération vibratoire pour calculer le seuil utilisé par la suite. La deuxième courbe (C2) montre une augmentation rapide de la valeur efficace de l'accélération vibratoire puis le dépassement du seuil (S2). Le dépassement de ce seuil représente une dégradation de la boîte de vitesses indicatrice de l'éminence d'une casse de la boîte. Selon l'invention, le procédé peut comprendre une étape (5) d'alerte de l'utilisateur dès qu'au moins un seuil (S1 ! S2) fixé pour chaque rapport est dépassé. Cette alerte a pour but de stopper le fonctionnement de la boîte de vitesses pour éviter sa destruction. Une autre variante consiste à coupler la boîte de vitesses à un dispositif de mise hors service qui reçoit en entrée un signal représentatif du dépassement ou non d'au moins un seuil (S1, S2). Dès que ce dispositif reçoit un signal représentatif du dépassement d'au moins un seuil (S1, S2), ce dernier provoque l'arrêt de la boîte de vitesses selon un protocole approprié. Le protocole est une fonction de sécurité interne au banc d'essais. Le procédé peut comprendre également une étape (3) de calcul et de mémorisation, pour chaque rapport, du niveau global d'énergie vibratoire pour N bandes de fréquence. Le niveau global d'énergie vibratoire est, par exemple, la valeur efficace de l'accélération vibratoire calculée par la méthode RMS (Root Means Square). Chaque bande de fréquences correspond à l'accélération vibratoire générée par au moins un élément mécanique tournant de boîte de vitesses. Cette étape est réalisée à partir des valeurs d'accélérations vibratoires Cette étape permet de surveiller et surtout d'archiver le comportement et l'évolution de l'usure des différents éléments mécanique tournant de la boîte de vitesses. Le nombre de bandes de fréquences est choisi en fonction des éléments mécaniques que l'utilisateur souhaite surveiller. La largeur de chaque bande de fréquences est déterminée au préalable par calcul (en fonction de la géométrie de l'élément et du régime imposé) et par expérience. La figure 4 représente un exemple de différentes bandes (40.1 à 40. n) de fréquences pouvant être analysées dans le procédé selon l'invention. Les signaux temporels acquis à l'étape 1 peuvent être traités mathématiquement, par exemple, par une fonction de transformation de Fourier (FFT : Fourier Function Transform) de façon à diagnostiquer les dégradations des éléments mécaniques associés à chaque bande (40.1 à 40. n) de fréquences. Par exemple, par comparaison à des gabarits, il est possible de connaître pour chaque élément tournant surveillé, l'historique des usures, la nature, la gravité et le mécanisme des dégradations de chaque élément. Selon l'invention, l'étape (6) d'analyse est réalisée après l'arrêt de la boîte de vitesses provoqué par le dépassement d'un seuil (S1, S2) défini précédemment ou après la fin d'un essai, ou encore pendant l'essai pour vérification. La figure 5 représente un schéma simplifié d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le dispositif (50) de surveillance automatique de boite de vitesses comprend un seul capteur (51) d'accélération vibratoire placé sur la boîte (57) de vitesses, par exemple au niveau du plan de roulement en bout de boîte. Le dispositif (50) comprend un module (52) d'acquisition connecté au capteur (51) pour recevoir et traiter le signal (60) généré par le capteur (51) lors des étapes d'acquisition. Le module (52) d'acquisition fourni en sortie un signal représentatif de la valeur de l'accélération vibratoire et est connecté à un module (54) de traitement. Ce module (54) calcule la valeur efficace de l'accélération vibratoire pour chaque rapport. Pour ce faire, il reçoit également une information (56) sur le rapport engagé fourni par l'unité (59) électronique de commande du banc d'essai commandant le sélecteur de la boîte de vitesses. Le module de traitement comprend également des moyens de mémorisation et une unité de calcul et de traitement de la valeur efficace de l'accélération vibratoire par bande de fréquences. Le module (54) de traitement peut fournir en sortie, un signal (61) représentatif du dépassement d'au moins un seuil tel que décrit précédemment, sur un module (53) d'alerte qui peut être connecté à l'unité (59) électronique de commande du banc d'essai. Sur réception du signal de dépassement, l'unité (59) électronique de commande du banc d'essai déclenche l'arrêt de la boîte (57) de vitesses en agissant sur les paramètres de fonctionnement du moteur (pédale d'accélérateur relâchée, Boîte de vitesses mise au point mort, et machine de charge du banc d'essais freinée jusqu'à l'arrêt) et/ou génère des signaux visuels et/ou sonore pour avertir l'utilisateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance automatique de boîte de vitesses à plusieurs rapports de réduction, couplée à un moteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend : une étape (1) d'acquisition périodique, pour chaque rapport, d'un signal généré par un seul capteur (51) et représentatif du niveau global d'énergie vibratoire de la boîte (57) de vitesses, une étape (2) de calcul et de mémorisation, pour chaque rapport, d'une valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoire, une étape (4) de comparaison, pour chaque rapport, de la valeur représentative du niveau global d'énergie vibratoire mémorisée à l'étape précédente à une valeur seuil déterminée. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape (3) de calcul et de mémorisation, pour chaque rapport, de la valeur représentative du niveau global d'énergie pour N bandes de fréquence, chaque bande de fréquences correspondant à l'accélération vibratoire d'au moins un élément mécanique tournant de boîte de vitesses. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur représentative du niveau global d'énergie est la valeur efficace de l'accélération vibratoire calculée par la méthode RMS (Root Means Square) et la valeur du seuil déterminé est au plus égale à deux fois la valeur moyenne efficace RMS sur les n premières valeurs RMS calculées. 4. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape (1) d'acquisition est réalisée lors d'une phase de régime moteur stabilisé et pendant une durée déterminée. 5. Procédé de surveillance selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape (1) d'acquisition est réalisée après une temporisation pendant la phase de régime moteur stabilisé. 6. Procédé de surveillance selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape (1) d'acquisition est réalisée avec une valeur de régime moteur identique pour chaque rapport. 7. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les étapes du procédé sont répétées pour chaque cycle d'un essai sur banc d'une boîte de vitesses. 8. Dispositif de surveillance automatique de boîte (57) de vitesses de véhicule automobile à plusieurs rapports de réduction couplée à un moteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un seul capteur (51) d'accélération vibratoire monté sur la surface extérieure de la boîte (57) de vitesses, un module (52) d'acquisition de la valeur de l'accélération vibratoire, un module (54) de traitement destinée à calculer, pour chaque rapport, de la boîte de vitesses la valeur efficace de l'accélération vibratoire et à comparer cette valeur à un seuil déterminé pour chaque rapport et un module (53) d'alerte déclenchant l'arrêt de la boîte (57) de vitesses et/ou avertissant un utilisateur lorsque, pour au moins un rapport, la valeur efficace de l'accélération vibratoire dépasse le seuil déterminé pour ce ou ces rapports. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur (51) est placé dans le plan des roulements en bout de boîte (57) de vitesses. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le module (54) de traitement est également destiné à calculer et mémorisé la valeur efficace de l'accélération vibratoire par bande de fréquences, chaque bande de fréquences correspondant à au moins un phénomène vibratoire de la boîte (57) de vitesses.