Brevet FR2837555A1 — publié le 20030926

valeur non plausible par une valeur prédéterminée. La présente invention concerne un effecteur (actionneur) de boîte de vitesses et un procédé pour l'exécution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée, lors duquel un moteur électrique d'un effecteur (actionneur) de boîte de vitesses est commandé afin d'appliquer la force synchrone. On connaît de la technique automobile des procédés pour l'exécution d'une synchronisation et/ou de man_uvres synchrones et des effecteurs de boîte de vitesses pour l'exécution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée. Lors d'une man_uvre synchrone possible, il est prévu que l'énergie cinétique du moteur électrique de l'effecteur de boîte de vitesses soit transformée en énergie potent ielle du res sort sous tension lors de l 'accumulation de la force synchrone, moyennant quoi l'élasticité de commutation et la rigidité de base des pièces mécaniques entre le moteur électrique et/ou le moteur-E et le manchon coulissant sont prises en compte. De ce fait, chaque force synchrone théorique correspond à une énergie potentielle déterminée. Le moteur électrique devrait avoir la même énergie cinétique lors de l'arrivoe en position synchrone. Afin de mettre en mémoire cette énergie cinétique déterminée avant l'arrivoe en position synchrone, la vitesse d'approche doit être réglée de façon correspondante. Dans la man_uvre de synchronisation pré-citée, les phases suivantes sont obligatoirement nécessaires. Tout d'abord, la vitesse d'approche est réglée dans le mode de réglage de la vitesse. Ensuite a lieu l'approche de la position synchrone. Ceci a lieu en mode de réglage de la vitesse avec une limitation d'effort. Le but de cette phase est la compensation de froLtement. Ce faisant, la limitation d' effort est définie de telle sorte que la vitesse d'approche ne puisse être maintenue que contre une force qui n'est pas supérieure au frottement. Lorsque, lors de l'accumulation de la force, la vitesse de l'effecteur passe en dessous de la vitesse de contact avec la butée, une autre phase avec une tension constante, qui correspond à la force synchrone de vitesse d'une valeur 0, commence. La base de cette manuvre connue est l' observation de la vitesse: lorsque la vitesse qui est prévue pendant l' action de la commande diminue pendant l' accumulation de la force, la tension peut être diminuée en fonction de la compensation de frottement. Le passage vers la dernière phase est également exéauté sur la base des vitesses mesurées. Ce faisant, il a été observé que plus la vitesse est mesurée avec précision, plus la qualité de commande de la manuvre de synchronisation est élevée. En outre, il a été observé que plus l'effecteur est ralenti rapidement lors de la constitution de la force, plus l'écart de la vitesse mesurée par rapport à la valeur physique est grand. Cet écart détermine une énergie supplémentaire qui circule dans le système parce que la tension à cause de la vitesse mesurée est toujours plus élevée que la tension d'une compensation de froLtement idéale. Par conséquent, on peut en conclure que plus la façon de ralentir l'effecteur est forte lors de la constitution de la force, plus la dispersion de la force synchrone due à l' interruption est grande. La raison de ceci peut être la dispersion considérable due à l' interruption de l'énergie supplémentaire au moment du ralentissement à l'endroit du seuil de synchronisation. En particulier pour les moteurs électriques très légers, il existe une inertie par exemple 5 fois plus petite comparée à d'autres moteurs plus lourds. Ainsi, à démultiplication totale égale, une masse équivalente 5 fois plus petite est prévue. Afin d'avoir la même énergie cinétique avant l'arrivée en position de synchronisation, la vitesse peut être de préférence 5 fois plus élevée. Lorsque par exemple, une masse est déviée contre un ressort, le temps jusqu'à l'accumulation de la force de ressort maximum est égal à un quart de période des oscillations propres. C' est pourquoi la durce de l'accumulation de la force est 5 fois plus courte en particulier pour les petits moteurs. Il en ressort qu'un plus petit moteur a une accélération 5 fois plus élevée que les moteurs plus lourds usuels. Par conséquent, la dispersion de force attendue pour les moteurs plus petits et plus légers est plus grande que pour les moteurs usuels par ailleurs plus lourds. L'objectif de l' invention est de proposer un effecteur de boîte de vitesses et un procédé pour exécuter une synchronisation pour une boîte de vitesses afin de réaliser une synchronisation aussi simple et optimale que possible, en particulier avec des moteurs électriques plus logers. De plus, la synchronisation doit être indépendante d'erreurs possibles lors de l' observation de la vitesse. Cet objectif peut être atteint selon le procédé par un procédé pour l'exécution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée, avec lequel le moteur électrique d'un effecteur de boîte de vitesses est commandé afin d'appliquer la force synchrone et avec lequel une tension synchrone ajustée à la force synchrone est appliquce au moteur électrique. Le procédé proposé et/ou la man_uvre de synchronisation peuvent être utilisés de préférence pour un effecteur de boîte de vitesses avec un moteur électrique léger et/ou un moteur électrique en particulier d'une boîte de vitesses automatisce (ASG). Il est cependant possible de mettre en _uvre cette man_uvre de synchronisation pour d' autres réducteurs avec d' autres moteurs à effecteur. Dans le procédé selon l' invention, il est en particulier avantageux que pour la synchronisation, on prévoit de préférence seulement une phase lors de laquelle le moteur électrique de l'effecteur de boîte de vitesses est commandé et/ou est soumis à une tension synchrone adaptée à la synchronisation. En tant que tension synchrone, on peut utiliser de préférence une valeur qui se situe en dessous de la tension qui est nécessaire pour appliquer la force synchrone. D'autres valeurs peuvent cependant être envisagées. Dans le cadre d'un perfectionnement de l' invention, il peut être prévu que la tension synchrone soit appliquée à un moment prédéterminé avant et/ou après avoir atteint le point de synchronisation. Il est également possible que d'autres moments puissent être utilisés. La tension synchrone peut être ajustée de telle sorte que lors de l'arrivée en position synchrone à une vitesse stationnaire de l'effecteur de boîte de vitesses correspondant à la tension, la force synchrone nécessaire soit atteinte avec précision. Selon un perfectionnement, la tension synchrone peut être maintenue par exemple à la fin de la synchronisation pendant un intervalle de temps prédéterminé, de sorte qu'une reconnaissance de déverroui llage so it permise par la commande de la boîte de vitesses. Afin d'amener l'effecteur ou actionneur de boîte de vitesses en fin de course après la synchronisation, on peut prévoir selon un autre perfectionnement de l' invention que la tension appliquée sur le moteur électrique soit maintenue par exemple sur une valeur de 12 V, jusqu'à ce que la position de fin de course soit atteinte. En outre, la méthode de synchronisation selon l' invention peut aussi être modifiée de façon appropriée. Par exemple, il peut être prévu que pendant la man_uvre de synchronisation, tout d'abord une tension intermédiaire calculée spécialement soit appliquée en l'espace d'une durée d' interruption prédéterminée, et ensuite seulement la tension synchrone. Le but de l'application de la tension intermédiaire est de touj ours se retrouver sur la même courbe de phase avant la dernière période de temps, c'est-àdire pendant l' application de la tension synchrone. D'autres modifications ou combinaisons quelconques des mesures mentionnces sont également possibles. Dans le cadre d'un perfectionnement de l' invention, il peut être prévu de calculer la tension intermédiaire par l'équation suivante: fm + FReib U zw = Ra 1 5 k0)iges Ce calcul peut être implémenté dans la commande de boîte de vitesses- de manière particulièrement simple car il s'agit ici d'une simple fonction linéaire avec des coefficients constants. En outre, l'objectif sur lequel l' invention se base peut être atteint à l'aide d'un dispositif d'effecteur de boîte de vitesses pour l'exéaution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée, avec au moins un moteur électrique, en particulier pour l'exéaution du procédé proposé, avec lequel le moteur électrique peut être commandé avec une tension synchrone agustée à la force synchrone. D'autres avantages et agencements avantageux découlent des sous-revendications et des dessins décrits ci-après. Sont représentés: figure 1, un diagramme avec différents déroulements d'une simulation pour une force synchrone théorique de 800 N pour un changement de la première vitesse vers la seconde; figure 2, un diagramme avec le déroulement du mouvement de l'effecteur jusqu'à ce que celui-soit soit prévu à la position synchrone pour la force synchrone d' environ 400 N dans l'espace de phase; figure 3, un diagramme avec différents déroulements de la tension intermédiaire pour différentes forces synchrones; figure 4, une comparaison de la man_uvre simple et de la man_uvre avec utilisation de la tension intermédiaire; et figure 5, une vue schématique d'un modèle de l'effecteur de boîte de vitesses. Sur la figure 1 est représentée une simulation d'une force synchrone théorique Fsync de 800 N lors d'un changement de vitesse du rapport 1 vers le rapport 2. La figure 1 représente deux diagrammes l'un au-dessus de l'autre, moyennant quoi sur le diagramme supérieur sont représentés les déroulements du trajet de l'effecteur, de la vitesse de l'effecteur et de la force synchrone dans le temps. Le diagramme inférieur représente la tension par rapport au temps. L'axe de temps est divisé sur les deux diagrammes dans les phases "déplacement vers la position synchrone", "réglage de la force synchrone" et "attente du déUlocage" ainsi que dans les phases "déplacement en fin de course" et "freinage". La différence de nombre de tours à synchroniser est fixée par avance à 2,5 Fsync rotations par minute. On remarque bien sur la figure 1 que la tension synchrone Usync est ajustée de telle sorte que lors de l'arrivée en position synchrone avec la vitesse stationnaire de v0, qui correspond à cette tension, la force synchrone soit atteinte avec précision. Dans cet exemple, la tension synchrone s'élève à environ 7,35 V. Dans la simulation décrite sur la figure 1, v0 est environ égal à 135 mm/s. Pour une vitesse stationnaire, la force appliquée par le moteur électrique correspond environ à la force de froLtement lors de la synchronisation. La position et/ou le moment o le saut de tension de 12 V jusqu'à la tension synchrone Usync est prévu sont choisis dans le procédé selon l' invention de telle sorte que lors de l'erreur de position synchrone de -0,5 mm, c'est-à-dire lorsque la position synchrone se situe à 0,5 mm plus près par rapport à la position neutre, le surcroît de la force synchrone de 10 % de la force synchrone est admissible. Par conséquent, la force pour la simulation représentée se situe un peu au-dessus de la force à atteindre. Dans la présente simulation, le mouvement après le déverrouillage est simulé de manière simplifice, de sorte que le temps de changement de rapports pour différentes élasticités de changement de rapports soit comparable. Le procédé selon l' invention peut être utilisé pour différentes élasticités de changement de rapport pour l'effecteur ou actionneur avec un moteur léger. En outre, les temps de changement de rapport peuvent aussi être estimés pour différentes élasticités quand la force synchrone est de 200, 400, 800, 1200 N ou équivalent. En tant que conditions marginales possibles, on peut utiliser de préférence les suivantes: Comme trajet depuis la position de fin de course de l'ancienne vitesse jusqu'à la position synchrone de la vitesse à atteindre, on peut choisir par exemple 13 mm et comme trajet depuis la position de fin de course de l'ancienne vitesse jusqu'à la position de fin de course de la vitesse à atteindre, 20 mm. La différence de nombre de tours à synchroniser peut être établie par exemple à un chiffre environ 2,5 fois plus élevé que la force à atteindre Fziel (tr/m). La force de précontrainte lorsque l'on quitte l'ancienne vitesse peut correspondre par exemple à de la force à atteindre Fziel. Cette force est également prise en compte car la distance jusqu'à la position synchrone diminue à cause du trajet de précontrainte. Selon l' invention, la tension synchrone Usync est ajustée de telle sorte que l'arrivoe en position synchrone est atteinte avec une vitesse stationnaire. Après l'achèvement de la synchronisation, la tension synchrone Usync est maintenue par exemple pendant 5 ms supplémentaires pour donner du temps à la reconnaissance de déverrouillage. Ensuite la tension de 12 V est maintenue pendant une durée telle que l'effecteur ou actionneur vient à s'immobiliser à la fin de course en étant touj ours libre de toute tension. La vitesse à atteindre peut être reconnue par exemple à la position de 18 mm. La durée pour atteindre le trajet de 18 mm est considérée comme estimation de la durée du changement de rapport. Une man_uvre de synchronisation de ce type est représentée schématiquement sur la figure 1. Une variante de la présente invention peut prévoir une amélioration de la man_uvre proposée qui effectue une synchronisation encore plus rapidement. On peut y arriver en particulier grâce à l'utilisation d'une tension intermédiaire calaulée Uzw. Sur la figure 2 cette variante est représentée par un graphique. On y représente le mouvement de l'effecteur ou actionneur jusqu'à l'immobilisation à la position synchrone pour la force synchrone d' environ 400 N en espace de phase. La position o le saut de tension a lieu est désignse sur la figure 2 par S et est ajustée de telle sorte que la transmission de force lors d'une erreur de position synchrone de - 0,5 mm s'élève environ à 10 % de la force synchrone. Par conséquent, on propose dans la man_uvre de synchronisation améliorée qu'une tension définie, à savoir la tension intermédiaire, soit fixée par avance dans une durée d' interruption supplémentaire à la position désignée par x début tension intermédiaire sur la figure 2. Ceci pour la raison que la courbe de phase doit être atteinte jusqu'à la prochaine interruption (interrupt), c'est-à-dire en 5 ms, et ensuite la tension synchrone Usync doit être réglée de facon correspondante. Grâce à ceci, la dispersion de la force synchrone causée par l' interruption peut correspondre avantageusement à la valeur O et la dispersion dans le temps peut être considérablement réduite. Quand l'effecteur se trouve au point désigné par A sur la figure 2, la tension intermédiaire Uzw peut être supérieure à la tension synchrone Usync, moyennant quoi pour le point B. la tension intermédiaire Uzw est inférieure à la tension synchrone Usync. Par exemple, la tension intermédiaire Uzw peut être calculée avec la tangente qui est prévue sur la courbe de phase ou sur la ligne v = vO. Lorsque la tension correspond à la tension synchrone Usync, la vitesse tend vers vO. I1 en résulte l'équation de mouvement de l'effecteur comme suit: mx = k(vO-x) o K = (kPigs)2/Ra Au point S selon la figure 2, s' applique dv = x = - (vO -vx) et d =VX Par conséquent, la dérivation au point S équivaut à: dv k(vo - VX) dx mv,, Lorsque l'équation de la tangente est gO + glx=v, alors suit: g = dv = ktv v= et go=vmax-gxs L'objectif d'une tension constante est équivalent à une force constante F dans l'équation suivante: mx=F- ou x=f-ax o f=F/m et "=k/m Il faut maintenant trouver une valeur f appropriée de telle sorte que le point de phase (par exemple point A) se situe en t = 5 ms sur la tangente (ou sur la ligne v = vO) La solution de cette équation pour les conditions de début x(0)=0:x(0=vm est x(t)=( x_ f2)(1- e)+ f t ce faisant x(t)=(vx- f)e + f En 5 ms, le trajet et la vitesse sont: x(0,005) = a+ bf x(0,005) = c+ df dans lesquelles on a respectivement: a = m" (1 - exp); c=vxexp 0.005 1exp 1-exp O &= - - 2; d=;exp=e 5 r x oc Le point de phase x = xA + x(0, 005); *=*(0,005) doit venir sur la tangente, ce qui donne l'équation suivante: g0 + gl(xA +a + bf) = c + df On peut trouver la valeur f recherchée à partir de cette équation linéaire. Lorsque * = c + df est alors plus bas que vO, la valeur définitive devrait être définie à partir de l'équation v0 = = c + df. Dans le dernier cas, le point de phase vient sur la ligne v=v0. La tension intermédiaire peut alors être calaulée de la façon suivante: U = fim+ FCib R. Ce calcul peut être implémenté simplement, car il s'agit ici d'une fonction linéaire simple de vO (ou de Usync) et de coefficients. La tension intermédiaire est représentée sur la figure 3 sur le traj et, moyennant quoi plusieurs déroulements de tension intermédiaire de forces synchrones théoriques différentes (200 N. 400 N. 800 N et 1200 N) sont représentés. Ce faisant, on utilise un effecteur de boîte de vitesses sans élasticité (seulement une rigidité de base de 1000 N/mm). Le trajet est compté à partir de la position de fin de course dans la direction de la position synchrone. Le trajet jusqu'à la position synchrone d' environ 12 mm est pris en considération. Lorsque par exemple le trajet devient pour la première fois supérieur à 9,7 mm (par exemple 10,2 mm) du fait de la force théorique de 200 N. la tension intermédiaire de 6 V est appliquée dans les 5 ms qui suivent et la tension synchrone Usync d' environ 2,2 V est ensuite réglée. Sur la figure 4 est représentée la dispersion dans le temps par rapport à une comparaison de la man_uvre simple et de la man_uvre avec une tension intermédiaire. En particulier, la dispersion dans le temps est indiquée jusqu'à la fin de la synchronisation pour la man_uvre améliorce avec la tension intermédiaire. La dispersion de la force lors de la man_uvre avec la tension intermédiaire est d'environ deux fois inférieure à celle lors de l'utilisation de la man_uvre simple. Pour la man_uvre de synchronisation selon l' invention, un modèle simple de l'effecteur est pris en considération pour simuler des man_uvres de synchronisation possibles. Ce modèle est représenté schématiquement sur la figure 5. Après avoir atteint la position synchrone, les équations suivantes peuvent être indiquces pour le modèle: MAlidorx+FElasât(x)(1 + KReib) = FE-MotorFRe avec élasticité M"rx+cx(1 + KReib) = FEMotor FReibsans élasticité OU MAktor = JE-Motori2rgesarrÉ F = kU J;X iges iRa = 0,3Q; k 02NA; Il en résulte ainsi pour le moteur plus léger une inertie de moteur de 0,52e-5kgm2- Ceci correspond à 1/5 de l'inertie de moteurs lourds par ailleurs usuels. Pour la démultiplication totale de 2500 rad/m, la masse de l'effecteur équivalente s'élève à 32,5 kg. Grâce à Kreib = 0, 4, le froLtement du réducteur à vis sans fin dû à la force est pris en compte. Pour le frottement Freib indépendant de la force, on fixe par avance 120 N. Les revendications remises avec la demande sont des propositions de formulation sans préjudice pour la réalisation d'une protection plus approfondie. Le demandeur se réserve le droit d'émettre d'autres revendications pour des combinaisons de caractéristiques divulguées jusqu'à présent seulement dans la description et/ou dans les dessins. Les références en retour employées dans les sous- revendications font référence au mode de réalisation supplémentaire de l'objet de la revendication principale par les caractéristiques de la sous-revendication respective; elles ne doivent pas être comprises comme renoncement à l'obtention d'une protection indépendante de l'objet pour les combinaisons de caractéristiques des sous-revendications qui font l' objet de références en retour. Etant donné que les objets des sous-revendications peuvent, du point de vue de l'état de la technique, former au j our de priorité des inventions propres et indépendantes, le demandeur se réserve le droit d' en faire l' objet de revendications indépendantes ou de déclarations de division. Elles peuvent par ailleurs aussi contenir des inventions indépendantes qui présentent une forme indépendante des objets des sous- revendications précédentes Les exemples de réalisation ne doivent pas être compris comme des limitations de l' invention. Au contraire, dans le cadre de l'exposé présent, plusieurs amendements et modifications sont possibles, en particulier les variantes, éléments et combinaisons et/ou matériaux qui peuvent ressortir du texte pour l'homme de métier en vue de la solution pour atteindre l'objectif grâce par exemple à la combinaison ou déclinaison des caractéristiques et/ou éléments ou étapes de procédés isolés contenus dans les dessins ou décrits dans la description générale ou les modes de réalisation ainsi que dans les revendications et qui, par la combinaison de caractéristiques, mènent à un nouvel objet ou à de nouvelles étapes de procédé et/ou à des suites d'étapes de procédé, également dans la mesure o elles concernent des procédés de fabrication, de contrôle ou de travail. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à l'exécution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée, dans lequel le moteur électrique d'un effecteur de boîte de vitesses est commandé afin d'appliquer la force synchrone, caractérisé en ce qu'au moins une tension synchrone (Usync) ajustée à la force synchrone est appliquée au moteur électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en tant que tension synchrone (USync), on utilise une valeur qui se situe en dessous de la tension qui est nécessaire pour appliquer la force synchrone. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension synchrone (Usync) est appliquée à un moment prédéterminé avant ou après que le point de synchronisation est atteint. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension synchrone (Usync) est ajustée de telle sorte que lors de l'arrivoe en pos it ion synchrone à une vit e s se st at ionnai re de l'effecteur de boîte de vitesses correspondant à la tension synchrone (USync), la force synchrone nécessaire est atteinte avec précision. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'après la fin de la synchronisation, la tension synchrone (Usync) est maintenue pendant un intervalle de temps prédéterminé, pour permettre une reconnaissance de déverrouillage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'ensuite, la tension appliquée (U) est maintenue à une valeur d' environ 12 V jusqu'à ce que l'effecteur de boîte de vitesses s'immobilise sans tension dans la position de fin de course. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une tension intermédiaire (Uzw) calculée est appliquée avant l' application de la tension synchrone (Usync). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tension intermédiaire (Uzw) est calculée en l'espace d'un temps d' interruption prédéterminé. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la tension intermédiaire (Uzw) est caloulée par l'équation suivante: Uzw = Ra 10. Effecteur de boîte de vitesses destiné à l'exécution d'une synchronisation pour une boîte de vitesses, en particulier pour une boîte de vitesses automatisée, avec au moins un moteur électrique, en particulier pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le moteur électrique peut être commandé au moins par une tension