Brevet FR2908484A1 — publié le 20080516

Procédé et système de diaqnostic de l'état de fonctionnement d'un embrayaqe à friction sèche de véhicule automobile. La présente invention concerne un procédé et un système de dia- gnostic de l'état de fonctionnement d'un embrayage à friction sèche de véhi- cule automobile. On sait que les contraintes en température subies par un embrayage à friction sèche de véhicule automobile, par exemple du type monté entre un arbre moteur et un arbre primaire de la chaîne de transmission du véhicule, est une des principales causes de défaillance de l'embrayage. Il existe donc un besoin de connaître de manière simple et efficace l'état de fonctionnement de l'embrayage en fonction de la température de celle-ci, par exemple pour intervenir sur celui-ci en cas de dysfonctionnement dû à un échauffement excessif. A cet effet, un procédé du type susmentionné est caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape d'acquisition d'un couple transmis par l'embrayage ; - une étape d'acquisition d'une vitesse de glissement de l'embrayage ; - une étape d'acquisition d'une température environnante de l'embrayage ; - une étape de calcul de gradients de températures internes à l'embrayage par évaluation d'un modèle thermique de celui-ci en fonction du couple, de la vitesse acquise et de la température ; et - une étape de détermination d'un état d'échauffement de l'embrayage en fonction des gradients calculés. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'étape d'acquisition du couple transmis par l'embrayage comporte : - une étape de mesure d'une position d'un actionneur apte à ou- vrir ou fermer graduellement l'embrayage ; - une étape de détermination d'un couple nominal transmis par l'embrayage en fonction de la position mesurée ; et 2908484 2 - une étape de correction du couple nominal en fonction des gradients de température calculés ; - l'étape de détermination du couple nominal transmis est réalisée sur la base d'un modèle statique prédéterminé de l'embrayage à froid ; 5 - l'étape de correction du couple nominal transmis comporte une première étape de correction de celui-ci par un terme représentatif d'un décalage de point de léchage de l'embrayage en fonction des gradients de température calculés ; - l'étape de correction du couple nominal transmis comporte une se- 10 coude étape de correction de celui-ci par un terme représentatif d'une variation globale de la réponse du couple transmis en fonction des gradients de température mesurés ; - le terme représentatif du décalage au point de léchage est un terme additif sur la mesure de la position de l'actionneur apte à ouvrir ou fermer 15 l'embrayage ; et - le terme représentatif de la dérive thermique du couple transmis est un terme multiplicatif du couple nominal transmis déterminé. Un autre objet de l'invention concerne un système de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un embrayage à friction sèche de véhicule auto- 20 mobile, comprenant : - des moyens d'acquisition d'un couple transmis par l'embrayage ; - des moyens d'acquisition d'une vitesse de glissement de l'embrayage ; - des moyens d'acquisition d'une température environnante de 25 l'embrayage ; - des moyens de calculs de gradients de températures internes à l'embrayage par évaluation d'un modèle thermique de celui-ci en fonction du couple, de la vitesse de glissement et de la température acquis ; et - des moyens de détermination d'un état d'échauffement de 30 l'embrayage en fonction des gradients calculés ; et - ledit système est adapté pour mettre en oeuvre un procédé tel que précédemment mentionné. 2908484 3 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une chaîne de transmission 5 de couple d'un véhicule automobile comportant un embrayage à friction sèche ; et - la figure 2 est une vue schématique d'un système de diagnostic de l'état de fonctionnement de l'embrayage de la figure 1, mettant en oeuvre un procédé selon l'invention. 10 La figure 1 est tirée de la demande FR-A-2 796 341 et illustre sous la référence générale 1 un véhicule automobile comportant un moteur 2, un système de transmission de couple 3 et une boîte de vitesses pilotée 4. Bien que le système de transmission de la figure 1 soit du type à pro-pulsion, on comprendra que cette caractéristique n'est en rien limitative et 15 que le système de transmission pourrait être du type à traction. De même, bien qu'un pilotage d'un embrayage va être décrit comme se fondant sur un système hydraulique, on comprendra cette caractéristique également comme non limitative, le pilotage de l'embrayage pouvant par exemple être exécuté par un actionneur tout électrique, un actionneur tout 20 hydraulique, un mécanisme sans fourchette d'embrayage ou autres. Dans l'exemple de la figure 1, un couple d'entraînement du moteur 2 est transmis par l'intermédiaire du système de transmission 3 à la boîte de vitesses pilotée 4 puis à un dispositif d'entraînement 5 et à un axe 6 sur les-quels sont montées des roues 6a. 25 Le système de transmission de couple 3 est ici agencé sous la forme d'un embrayage à friction sèche et possède un côté d'entraînement 7 et un côté mené 8 par l'intermédiaire d'un disque d'embrayage 3a chargé par une force au moyen d'un levier de débrayage 9 par l'intermédiaire d'un plateau de pression 3b, d'un ressort de belleville 3c, d'une butée d'embrayage 3e et 30 d'un volant d'inertie 3d. Le système de transmission de couple 3 est piloté par un système de commande 10 comprenant une unité électronique 10a et un actionneur 10b. L'actionneur 10b comprend un moteur électrique 11, piloté par l'unité électri- 2908484 4 que 10a, et mettant en mouvement un piston 12a d'un maître cylindre 12 par l'intermédiaire d'une transmission 13 comme un mécanisme à roue et vis sans fin par exemple. Le maître cylindre 12 est relié à un cylindre récepteur 14 via une ca- 5 nalisation de fluides sous pression 15 et comporte un piston 14a dont le mouvement est ainsi commandé par le mouvement du piston 12a du maître cylindre 12. Le piston 14a est par ailleurs fixé au levier de débrayage 9 dont il commande ainsi le basculement de manière à commander le couple transmis par l'embrayage 3. 10 L'unité électrique 10a pilote le moteur électrique 11, et donc la position du levier de débrayage 9, en fonction de diverses informations mesurées par des capteurs et concernant le fonctionnement des organes venant d'être décrits, ainsi que d'ordres en provenance du conducteur du véhicule, comme le degré d'ouverture de l'embrayage 3 par exemple. 15 Il ne sera pas décrit plus avant le fonctionnement général du système de transmission 3. Pour une description plus complète du fonctionnement des organes venant d'être décrits, on se reportera par exemple à la de-mande FR-A-2 796 341. II va maintenant être décrit un système de diagnostic de l'état de 20 fonctionnement de l'embrayage 3. Ce système comporte : - des moyens d'acquisition de la position de l'embrayage, par exemple un capteur de la position 16 du piston 12a du maître cylindre, ou de tout autre grandeur liée à la position du levier d'embrayage 9 ; 25 - des moyens 17 d'acquisition de la vitesse angulaire en entrée de l'embrayage 3, par exemple un capteur de vitesse angulaire du volant moteur ; - des moyens 18 d'acquisitions de la vitesse angulaire en sortie de l'embrayage 3, par exemple un capteur de vitesse angulaire de l'arbre de 30 sortie de l'embrayage 3 ; - des moyens 19 d'acquisition de la température environnante de l'embrayage 3 ou une grandeur liée à celle-ci, par exemple un capteur de 2908484 5 température de liquide de refroidissement du moteur ou un capteur de température de l'air situé dans le compartiment moteur ; et - un module 20 de l'unité électronique 10a, connecté aux différents moyens 16, 17, 18, 19 d'acquisition et estimant en fonction des mesures 5 réalisées par ceux-ci un état d'échauffement de l'embrayage 3. La figure 2 est une vue schématique du module 20 de la figure 1. Le module 20 comporte un sous-module 30 recevant en entrée une vitesse de glissement Au, un couple Cest transmis par l'embrayage 3, et la température T mesurée par les moyens 19 d'acquisition et calculant en fonc- 10 tion des entrées reçues un état d'échauffement de l'embrayage 3. La vitesse de glissement ou est calculée par un sous-module 31 recevant des moyens d'acquisition 17 et 18 les vitesses angulaires ue et u s mesurées du volant moteur et de l'arbre de sortie de l'embrayage et formant la différence aux = ùers pour calculer la vitesse de glissement. 15 Le couple Cest transmis par l'embrayage est quant à lui déterminé par un sous-module 32 d'estimation de celui-ci d'une manière qui sera expliquée plus en détail par la suite. Le sous-module 30 détermine un premier gradient de température ATrent entre la température moyenne de l'embrayage 3 et la température 20 environnante de celui-ci, cette température environnante étant la température T mesurée par les moyens 19 d'acquisition. Le gradient de température ATIent présente une dynamique lente, de l'ordre de la minute, associée à la variation globale de la réponse en couple transmis par l'embrayage 3 du fait d'un échauffement ou d'un refroidisse- 25 ment de celui-ci. Le sous-module 30 détermine également un second gradient ATrap entre la température des pièces de l'embrayage en frottement (c'est-àdire le disque d'embrayage 3a et le volant d'inertie 3d), lorsque l'embrayage est partiellement ouvert, et la température environnante T. 30 Ce second gradient de température aTrap présente quant à lui une dynamique rapide, c'est-à-dire de l'ordre de la dizaine de secondes, associé 2908484 6 au décalage du point de léchage de l'embrayage (position de l'embrayage à laquelle celui-ci ne transmet pas de couple mais est sur le point de le faire). Les deux gradients ATjent et LTrap sont calculés par le sous-module 30 en fonction de la vitesse de glissement ar , du couple transmis Cest , de 5 la température environnante T et de la puissance thermique dissipée dans l'embrayage calculée par le sous module 30 comme étant le produit du couple transmis Cest par la vitesse de glissement aru à partir d'un modèle com- portemental thermique de l'embrayage modélisant les principales températures des pièces mécaniques le composant. 10 Le sous-module 30 est par ailleurs connecté à un sous-module 42 de diagnostic qui reçoit les gradients calculés et déterminés en fonction de ceux-ci un état d'échauffement de l'embrayage 3. Par exemple, le sous-module 42 compare la valeur du gradient de température LTrap à une valeur de seuil prédéterminée et diagnostique un 15 état d'échauffement dangereux pour l'embrayage en cas de dépassement de ladite valeur de seuil. Par exemple, la température de la garniture du dis-que de friction 3a ne doit pas dépasser un seuil sous peine de dégager des mauvaises odeurs (température de dégazage) et de ne plus fonctionner (température de fading) voir à l'extrême d'être détruit. Ces températures dé- 20 pendent du matériau utilisé mais la température de dégazage est autour de 300 C et celle de fading autour de 400 C. II va maintenant être décrit la structure et le fonctionnement du sous- module 32 d'estimation du couple Cest transmis par l'embrayage 3. Le sous-module 32 comporte un bloc 33 formant cartographie rece- 25 vant en entrée une valeur de position de l'embrayage Pca, et délivrant en sortie une valeur nominale Cnom de couple transmis. La cartographie mise en oeuvre par le bloc 33 correspond à un modèle statique (vis-à-vis de la température) du couple transmis par l'embrayage à froid en fonction de la position de celui-ci. 30 Or, on sait que les caractéristiques mécaniques de l'embrayage 3 va- rient fortement avec la température, le couple transmis pouvant varier du 2908484 7 simple au double en fonction de la température pour une position d'embrayage donnée. Afin de tenir compte d'une telle variabilité du couple transmis en fonction de la température, le sous-module 32 comprend un premier et second 5 blocs 34, 35 de correction du couple calculé par le bloc 33 formant cartographie. Le premier bloc 34 de correction corrige les effets des variations rapides du couple du fait du frottement des pièces de l'embrayage et comporte à cet effet un sous-bloc 36 de calcul d'un décalage Dec du point de léchage 10 de l'embrayage 3, raccordé au sous-module 31 de calcul de la vitesse de glissement Au et au sous-module 30 de détermination des gradients de température. Le sous-bloc 36 calcule le décalage du point de léchage de l'embrayage selon la relation : 15 Dec = K2xATrap + K3xaar où K2 et K3 sont des coefficients prédéterminés. Le bloc 34 comporte également un sous-bloc 37 formant saturation qui limite la valeur Dec du décalage calculée dans une plage de valeurs prédéterminées de valeurs admissibles pour éviter que l'estimation du cou-20 ple transmis test ne diverge. Le bloc 34 comporte enfin un additionneur 38 recevant en entrée la position P mesurée de l'embrayage et la sortie Decsat du sous-bloc 34 for- mant saturation, additionnant ces entrées et délivrant au bloc 33 formant cartographie la position Pcar pour le calcul du couple nominal transmis. 25 Le second bloc 35 de correction corrige les variations globales de la réponse en couple du fait d'une élévation ou d'une diminution de la température moyenne de celui-ci, et calcule à cet effet un taux de dérive Cdérive du couple transmis par l'embrayage 3. Le bloc 35 comporte à cet effet un sous-bloc 39 connecté au sous- 30 module 30 de détermination des gradients de température et calculant le taux de dérive Tdénve selon la relation : rdérive = K1)(7-lent +1 2908484 8 Oë KI est un coefficient prédéterminé. Le second bloc 35 de correction comporte également un sous-bloc 40 formant saturation connecté au sous-bloc 39 et limitant la valeur Cdérlve cal-culée dans une plage de valeurs admissibles, également pour éviter que 5 l'estimation du couple transmis test ne diverge. Le second bloc 35 de correction comporte enfin un multiplicateur 41 recevant en entrée le couple nominal Cnom calculé par le bloc 33 formant cartographie et la sortie Zdérive sat du sous-bloc 40 formant saturation, multipliant ces entrées et délivrant en sortie le couple transmis cent . 10 Le couple transmis Cest est ainsi une correction des dérives thermi- ques du couple transmis vis-à-vis d'un couple de référence, à savoir celui transmis par l'embrayage à froid, selon la relation : Lest ù Zdérive sat X Cnom Comme on peut le constater, le module 20 venant d'être décrit, met 15 en oeuvre un modèle thermomécanique de l'embrayage où les parties thermiques et mécaniques interagissent. II s'en suit à la fois une estimation précise des gradients de température dans l'embrayage, et de là un diagnostic fiable de l'état d'échauffement de celui-ci, et une estimation précise du couple transmis par l'embrayage. 20 Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, les sous-blocs 37, 40 formant saturation sont facultatifs et/ou le sous-bloc 36 n'utilise pas la vitesse de glissement alu pour calculer le décalage du point de léchage. REVENDICATIONS 1.- Procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un embrayage à friction sèche de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape d'acquisition d'un couple transmis par l'embrayage ; - une étape d'acquisition d'une vitesse de glissement de l'embrayage ; - une étape d'acquisition d'une température environnante de l'embrayage ; - une étape de calcul de gradients de températures internes à l'embrayage par évaluation d'un modèle thermique de celui-ci en fonction du couple, de la vitesse acquise et de la température ; et - une étape de détermination d'un état d'échauffement de l'embrayage en fonction des gradients calculés. 2. û Procédé selon la revendication 1caractérisé en ce que l'étape d'acquisition du couple transmis par l'embrayage comporte : - une étape de mesure d'une position d'un actionneur apte à ouvrir ou fermer graduellement l'embrayage ; - une étape de détermination d'un couple nominal transmis par l'embrayage en fonction de la position mesurée ; et -une étape de correction du couple nominal en fonction des gradients de température calculés. 3. û Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination du couple nominal transmis est réalisée sur la base d'un modèle statique prédéterminé de l'embrayage à froid. 4. -- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'étape de correction du couple nominal transmis comporte une première étape de correction de celui-ci par un terme représentatif d'un décalage de point de léchage de l'embrayage en fonction des gradients de température calculés. 5. û Procédé selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape de correction du couple nominal transmis comporte une seconde étape de correction de celui-ci par un terme représentatif d'une variation 2908484 10 globale de la réponse du couple transmis en fonction des gradients de température mesurés. 6. ù Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le terme représentatif du décalage au point de léchage est un terme additif sur la me- 5 sure de la position de l'actionneur apte à ouvrir ou fermer l'embrayage. 7. ù Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le terme représentatif de la dérive thermique du couple transmis est un terme multiplicatif du couple nominal transmis déterminé. 8. ù Système de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un em- 10 brayage à friction sèche (3) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (32) d'acquisition d'un couple transmis par l'embrayage ; - des moyens (31) d'acquisition d'une vitesse de glissement de 15 l'embrayage ; - des moyens (19) d'acquisition d'une température environnante de l'embrayage (3) ; - des moyens (30) de calculs de gradients de températures internes à l'embrayage par évaluation d'un modèle thermique de celui-ci en fonction du 20 couple, de la vitesse de glissement et de la température acquis ; et des moyens (33) de détermination d'un état d'échauffement de l'embrayage en fonction des gradients calculés. 9. ù Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est adapté pour mettre en oeuvre un procédé conforme à l'une quelconque des 25 revendications 2 à 7.