Brevet FR2906333A1 — publié le 20080328

DISPOSITIF DE CONTRâLE DU COUPLE TRANSMISSIBLE DANS UNE BOÎTE DE VITESSES DE VEHICULE. La présente invention concerne un dispositif de contrôle du couple transmissible dans une boîte de vitesses de véhicule, notamment de véhicule automobile. Elle s'applique particulièrement aux embrayages pilotés, couplés aux boîtes de vitesses manuelles pilotées (BVMP). L'invention peut aussi s'appliquer aux boîtes de vitesses manuelles, pour lesquelles il y a une liaison électrique entre la pédale d'embrayage et la commande. Enfin, la présente invention concerne également une boîte de vitesses couplée à un embrayage piloté, qui comporte un tel dispositif de contrôle du couple transmissible. Une boîte de vitesses manuelle pilotée (BVMP), également appelée boîte de vitesses robotisée, comporte une gestion électronique de l'embrayage et du passage des rapports. Elle permet un passage des rapports automatique ou séquentiel, à l'initiative du conducteur. Le principe d'un tel mécanisme rend nécessaire de connaître à tout moment la valeur exacte du couple à transmettre, de manière à mieux contrôler et donc optimiser le couple transmissible, par conséquent, à obtenir le meilleur agrément possible pour les occupants du véhicule lors des phases transitoires de l'embrayage. Il est important de connaître cette valeur du couple transmissible avec précision et de manière directe, de telle façon que soient rendues transparentes les dispersions et l'usure de l'embrayage dans les calculs et la précision du contrôle. Selon l'art antérieur, on connaît des solutions techniques qui font appel à des capteurs de couple dans le pilotage de boîtes de vitesses. Ainsi, le document US 6,487,925 B2, décrit un dispositif avec une boîte de vitesses à couple contrôlé, dans lequel le couple sur l'arbre de transmission est mesuré avec un capteur de couple sans contact. Il détecte le couple réellement présent en entrée de l'arbre de 2906333 2 transmission (côté moteur) et transmet un signal de mesure proportionnel à ce couple à un organe de commande de la boîte de vitesses. Le dispositif permet d'effectuer un changement de vitesses sans couple de torsion, donc de 5 manière plus confortable. Dans ce dispositif, le capteur de couple est placé entre le moteur et l'embrayage, et entoure l'arbre de transmission. Le capteur de couple sans contact peut être un capteur dont la mesure est basée sur une magnétisation de l'arbre, ou un capteur à transformateur 10 différentiel. Le capteur est placé entre le moteur et l'embrayage, et entoure l'arbre de transmission : la disposition et le montage d'un tel capteur nécessite de modifier de manière importante différents organes de la transmission mécanique. 15 Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif perfectionné de contrôle du couple transmissible dans une boîte de vitesses de véhicule, qui améliore la précision et la contrôlabilité du couple transmissible, sans qu'il soit nécessaire de modifier substantiellement 20 l'architecture des boîtes de vitesses existantes, en particulier sans qu'un nombre important de pièces mécaniques soient impactées par la modification. Un autre but de la présente invention est de réaliser un tel dispositif de contrôle du couple transmissible, qui 25 soit d'un coût peu élevé et d'un encombrement réduit. Un autre but de la présente invention est de réaliser un tel dispositif de contrôle du couple transmissible, dans lequel les moyens de mesure directe du couple sont mieux protégés des agressions extérieures courantes, c'est-à-dire 30 des chocs, des poussières, des corps gras, etc. C'est aussi un but de la présente invention de réaliser un tel dispositif de contrôle du couple transmissible, qui soit de conception relativement simple, de fabrication simple, de montage et de démontage aisé, qui 35 soit robuste, précis et fiable. Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau dispositif de contrôle du couple 2906333 3 transmissible dans une boîte de vitesses de véhicule, lequel dispositif comporte au moins un capteur de mesure du couple présent à l'entrée de l'arbre primaire de la boîte de vitesses, disposé à l'intérieur d'un alésage ménagé dans 5 l'arbre primaire dans une zone s'étendant entre l'embrayage et le pignon de la première vitesse de la boîte de vitesses. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'alésage qui reçoit le capteur est ménagé à l'extrémité de l'arbre primaire au voisinage de l'embrayage. 10 De plus, il est prévu un bouchon de fermeture de l'extrémité d'entrée dudit alésage. De préférence, le dispositif comporte un tube guide, disposé à l'intérieur de - et sensiblement coaxial à -l'arbre primaire, pour le passage et le maintien des câbles 15 de raccordement du capteur. De manière préférentielle, le tube guide s'étend de l'alésage de réception du capteur à l'extrémité de l'arbre primaire opposée à celle dans laquelle débouche ledit alésage. 20 De manière préférentielle également, le tube guide s'étend jusqu'au carter de cinquième de la boîte de vitesses, de façon à amener les câbles de raccordement du capteur au voisinage dudit carter de cinquième. De préférence, il est prévu un centreur pour centrer 25 le tube guide dans sa partie comprise entre l'arbre primaire et le carter de cinquième. De préférence également, il est prévu une pièce de recentrage du tube guide dans l'alésage de réception du capteur. 30 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'alésage de réception du capteur est situé dans la partie longitudinale de l'arbre primaire sensiblement au droit de la friction de l'embrayage. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention 35 également, le capteur de couple est un capteur de couple sans contact. 2906333 4 L'invention concerne aussi une boîte de vitesses à embrayage piloté de véhicule automobile, qui comprend un dispositif de contrôle du couple transmissible, logé dans un alésage de son arbre primaire et conforme au dispositif 5 exposé ci-dessus dans ses grandes lignes. De préférence, la boîte de vitesses est une boîte de vitesses manuelle pilotée (BVMP), ou une boîte de vitesses manuelle, qui comporte une liaison électrique ente la pédale d'embrayage et la commande. 10 D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : 15 la figure 1 représente, de manière schématique, l'arbre primaire d'une boîte de vitesses avec un embrayage piloté, - la figure 2 est une vue plus détaillée de la zone d'embrayage du mécanisme de la figure 1 (indiquée par la 20 flèche II de la figure 1), et - la figure 3 est une vue plus détaillée de la zone entourant le capteur de couple du mécanisme des figures 1 et 2 (zone indiquée par la flèche III de la figure 2). En référence au dessin des figures 1 et 2, une boîte 25 de vitesses à embrayage piloté comporte, de façon classique : - un arbre d'entrée ou arbre primaire, désigné par la référence 1, qui porte les pignons primaires fixes 2 (parmi lesquels le pignon de première vitesse référencé 3) et qui 30 est lié au moteur via l'embrayage, - un arbre de sortie non représenté, qui est lié au couple conique du différentiel et porte les pignons fous, les systèmes de crabotage et les synchroniseurs, etc., - un troisième arbre pour la marche arrière, également 35 non représenté. L'embrayage est constitué, de façon classique également de deux éléments de transmission de puissance, à 2906333 5 savoir le mécanisme (non représenté) et la friction désignée par la référence 4, et de deux éléments de commande, à savoir la fourchette 5 et la butée 6, reliés au pédalier. L'embrayage est logé dans un carter d'embrayage 7, 5 partiellement représenté. Un carter de boîte de vitesses constitue l'enveloppe étanche à l'intérieur de laquelle est placée la chaîne cinématique de la boîte de vitesses. Il est constitué, par exemple, de plusieurs pièces : le carter d'embrayage 7, fixé 10 au moteur et recouvrant l'embrayage, le carter de boîte proprement dit non représenté sur les dessins, le carter de pont non représenté également et le carter de cinquième, représenté partiellement sur le dessin de la figure 1 et référencé 8, qui recouvre et fait plus office de couvercle 9 15 que de carter car il ne maintient aucun élément de la boîte de vitesses. En se reportant toujours aux figures 1 et 2, mais aussi à la figure 3, un dispositif est installé qui permet de connaître, à tout moment, la valeur exacte du couple 20 présent à l'entrée de l'arbre primaire pour avoir une meilleure contrôlabilité du couple transmissible, par conséquent un meilleur agrément pour les occupants du véhicule lors des phases transitoires de l'embrayage. En effet, pendant les phases transitoires, l'arbre primaire et 25 l'arbre de sortie ne tournent pas à la même vitesse : il y a glissement, donc dissipation d'énergie sous forme de chaleur. C'est cette situation de glissement qui détermine le couple maximum transmissible. Au-delà, le glissement est systématique. 30 Le dispositif de mesure du couple comporte les éléments suivants . - un capteur de couple, de type capteur de couple sans contact, de référence 10, placé dans un alésage 11 ménagé à l'extrémité dans une zone s'étendant de l'embrayage, 35 représenté partiellement par sa friction d'embrayage 4, au pignon de première vitesse 3, et de préférence au voisinage de l'embrayage, tel que représenté sur les figures, de telle 2906333 6 manière que le capteur soit apte à mesurer le couple quelque soit le rapport engagé, un tube guide, de référence 12, disposé à l'intérieur de et sensiblement coaxial à - l'arbre 5 primaire 1, qui a pour fonction de maintenir les câbles de raccordement 13 ou câbles d'acquisition - du capteur 10 dans l'arbre primaire 1, et également de servir de support au capteur 10. De plus, il peut être prévu un centreur 14 du tube 10 guide 12, pour centrer le tube guide 12 dans l'arbre primaire 1, et permettre ainsi d'amener les câbles de raccordement 13 dans la zone du carter de cinquième 8, de façon à les rendre accessibles par la simple ouverture du couvercle 9 de carter de cinquième 8. 15 Le capteur de couple 10 est, de préférence, un capteur de couple sans contact, qui utilise le principe de résistance magnétique et dont la partie sensible est indépendante de la partie tournante. Un axe magnétisé, une tête de lecture sans contact et un système de traitement 20 analogique des données sont intégrés dans le boîtier du capteur. Le principe de fonctionnement du capteur peut, à titre d'exemple, reposer sur le comportement de certains matériaux - dits ferromagnétiques - lorsqu'ils sont aimantés. En présence d'un champ extérieur, les moments 25 magnétiques atomiques de ces matériaux s'orientent tous dans le même sens. Le champ magnétique résultant est alors renforcé. Si l'on atteint une certaine limite de magnétisation, le matériau est dit saturé et son aimantation est rémanente. Si l'arbre est ferromagnétique, 30 il conserve son aimantation même en l'absence d'un champ magnétique extérieur. Mais l'orientation de ces moments magnétiques varie en fonction de nombreux facteurs, tels que les contraintes mécaniques auxquelles il est soumis. En mesurant la variation de champ magnétique, on accède alors 35 aux contraintes, donc au couple appliqué à l'arbre. Avec ce principe de fonctionnement, le capteur peut être de dimension réduite, simple à utiliser et peu coûteux. Dans 2906333 7 les capteurs de couple à transformateur différentiel, on mesure un flux magnétique, dont on déduit une déformation angulaire, et en conséquence, un couple appliqué à l'arbre. Mais dans ce cas, l'arbre qui intègre le capteur a une 5 structure particulière. Quelque soit le principe de fonctionnement du capteur de couple sans contact 10, il est de faibles dimensions. A titre d'exemple, son encombrement peut être contenu dans un volume parallélépipédique de 12mm x 4 mm x 2 mm. 10 En référence à la figure 3 en particulier, l'alésage 11 de réception du capteur 10 est fermé hermétiquement par un bouchon 15 inséré dans l'orifice d'entrée de l'alésage 11. Il peut être prévu également une pièce de recentrage 15 16 du tube guide 12 dans l'alésage 11 de réception du capteur. Le dispositif selon la présente invention présente de nombreux avantages . - il peut être implanté sur une boîte de vitesses 20 existante avec un nombre très réduit de pièces mécaniques impactées par la modification, par conséquent un moindre coût, et de surcroît avec un encombrement très réduit. Ainsi, la modification est minimale : dans un premier temps, elle consiste à percer l'arbre primaire 1 et le couvercle 9 25 de carter de cinquième 8, puis dans un second temps à rapporter un tube guide 12 et son centreur 14, à l'intérieur de l'arbre. L'invention permet d'éviter toute modification des organes de l'embrayage, comme la butée, la fourchette, le diaphragme, etc., 30 - il garantit, par sa présence à l'intérieur d'un alésage fermé 11 par un bouchon 15, une protection maximale du capteur 10 de mesure du couple contre les agressions extérieures, à savoir les chocs, les poussières, les corps gras, etc., 35 - il offre en outre, du fait du perçage de l'arbre primaire 1, un canal qui peut être utilisé pour améliorer la lubrification interne de la boîte de vitesses ; et, 2906333 8 - il peut être monté et démonté de manière simple : en effet, en perçant un canal sur toute la longueur de l'arbre primaire 1, le montage et le démontage du dispositif peut être réalisé en ne démontant que le carter de cinquième 8. 5 Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle du couple transmissible dans une boîte de vitesses de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur (10) de mesure du couple présent en entrée de l'arbre primaire (1) de la boîte de vitesses, disposé à l'intérieur d'un alésage (11) ménagé dans l'arbre primaire (1) dans une zone s'étendant entre l'embrayage (4) et le pignon de la première vitesse (3) de la boîte de vitesses. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alésage (11) est ménagé à l'extrémité de l'arbre primaire (1) au voisinage de l'embrayage (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un bouchon de fermeture (15) de l'extrémité d'entrée dudit alésage (11). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un tube guide (12), disposé à l'intérieur de - et sensiblement coaxial à - l'arbre primaire (1), pour le passage et le maintien des câbles de raccordement (13) du capteur (10). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tube guide (12) s'étend dudit alésage (11) à l'extrémité de l'arbre primaire (1) opposée à celle proche de l'embrayage (4). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit tube guide (12) s'étend jusqu'au carter de cinquième (8) de la boîte de vitesses, de façon à amener les câbles de raccordement (13) du capteur (10) au voisinage dudit carter de cinquième (8). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un centreur (14) pour centrer le tube guide (12) dans sa partie comprise entre l'arbre primaire (1) et le carter de cinquième (8). 2906333 10 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu une pièce de recentrage (16) du tube guide (12) dans l'alésage (11) de réception du capteur (10). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 5 ce que ledit alésage (11) est situé dans la partie longitudinale de l'arbre primaire (1) qui est sensiblement au droit de la friction (4) de l'embrayage. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le capteur de 10 couple (10) est un capteur de couple sans contact. 11. Boîte de vitesses à embrayage piloté de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif de contrôle du couple transmissible, logé dans un alésage (11) de son arbre primaire (1) et conforme à l'une 15 quelconque des revendications 1 à 10. 12. Boîte de vitesses selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle est une boîte de vitesses manuelle pilotée (BVMP). 13. Boîte de vitesses selon la revendication 11, 20 caractérisée en ce qu'elle est une boîte de vitesses manuelle, qui comporte une liaison électrique ente la pédale d'embrayage (5) et la commande de changement de vitesse.