Brevet FR2915575A1 — publié le 20081031

Procédé de test de la fonction d'anti-lâcher d'une boîte de vitesses La présente invention concerne un procédé de test d'une boîte de vitesses notamment pour effectuer des tests des anti-lâchers. Elle s'applique notamment pour des boîtes de vitesses équipant des véhicules, notamment des véhicules automobiles à motorisation hybride, un moteur thermique étant associé à au moins une machine électrique de traction. L'invention s'applique plus généralement, par exemple, à des véhicules équipés d'une chaîne de traction électrique. 1 o Actuellement, les véhicules automobiles hybrides utilisent des machines électriques pour transmettre le couple moteur aux roues motrices des véhicules. La boîte de vitesses permet d'obtenir plusieurs rapports de démultiplication entre le moteur électrique et les roues. Une boîte de vitesses comme tout organe mécanique est susceptible de tomber en panne. Sa 15 complexité fonctionnelle peut compliquer le diagnostic des pannes. En cas de test d'anti-lâchers notamment, il faut déposer la boîte de vitesses puis la mettre éventuellement sur un banc de test. Ainsi, en phase d'après vente un concessionnaire doit démonter la boîte de vitesses pour diagnostiquer par exemple la cause d'un problème de lâcher de vitesses. 20 On rappelle ici qu'un anti-lâcher est un moyen de retenue managée sur le flanc de la dent de crabot de manchon ou sur la dent de crabot du pignon fou. Ce moyen consiste en un détalonnage de la partie arrière de la dent de crabot. Il permet d'éviter un désengagement intempestif d'un rapport de vitesse, appelé également lâcher de vitesse, au cours du roulage du 25 véhicule. Un but de l'invention est notamment de permettre de vérifier le fonctionnement d'une boîte de vitesses avant de la déposer lors d'un lâcher de vitesses constaté par exemple par un client, en permettant en particulier 30 de cibler la défaillance entre la boîte de vitesses et son actionneur de passage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de test de la fonction d'anti-lâcher d'une boîte de vitesses équipant une chaîne de traction hybride d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comportant un moteur thermique et au moins une machine électrique de traction, ladite machine électrique étant disposée entre le moteur thermique et la boîte de vitesses et apte à entraîner au moins une roue motrice du véhicule, au moins un engrenage définissant un rapport de démultiplication de vitesse entre l'arbre d'entrée de la boîte et l'arbre de sortie de la boîte couplé à la roue, un système de synchronisation comportant un manchon apte à coopérer avec une bague de synchronisation sous l'action d'un actionneur, et apte à son tour à coopérer avec un pignon de l'engrenage pour égaliser la vitesse des arbres d'entrée et de sortie de la boîte, le manchon étant maintenu dans la position de rapport de vitesse engagé par un système d'anti-lâcher sous l'action d'une force de maintien, le véhicule étant à l'arrêt, la machine électrique est activée pour produire un couple au manchon selon une première consigne donnée appliquant une force de maintien, l'actionneur étant activé pour produire un effort d'extraction selon une deuxième consigne donnée de sens opposé à l'effort de maintien, le désengagement du rapport de vitesse indiquant une défaillance du système d'anti-lâcher. Le manchon comportant des dents s'engrenant dans des dents d'un crabot lié au pignon, le système d'anti-lâcher comprend les dents dont l'enveloppe forme un angle a avec la direction de translation du manchon permettant de maintenir l'engagement du manchon dans le pignon, une défaillance du système d'anti-lâcher correspondant par exemple à une usure des contacts entre les dents. Le test s'effectue par exemple selon les étapes suivantes : - dans une première étape, le véhicule étant en conditions de test, on engage un rapport et on active la machine électrique pour transmettre à la boîte de vitesse un couple selon une première consigne d'effort ; - dans une deuxième étape, lorsque le niveau de couple transmis dans la boîte de vitesses atteint le couple de consigne, on applique un effort d'extraction à l'actionneur jusqu'à atteindre une deuxième consigne d'effort. Dans un premier résultat de test possible le rapport restant engagé pendant une période de temporisation donnée, la machine électrique est par exemple arrêtée à la fin de cette période, le système d'anti-lâcher de la boîte de vitesses n'étant pas considéré comme défaillant. Dans un deuxième résultat de test possible, le rapport ne restant pas engagé, le système d'anti-lâcher de la boîte de vitesses est alors par exemple considéré comme défaillant. Le véhicule est par exemple mis en conditions de test dans une étape 5 préliminaire dans laquelle le véhicule étant posé sur le sol, les roues motrices étant bloquées, le rapport de vitesse défaillant est engagé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : 10 - la figure 1, un schéma fonctionnel d'un exemple de chaîne de traction hybride ; - la figure 2, un exemple d'architecture synchroniseur d'une boîte de vitesses ; - la figure 3, un schéma détaillant le fonctionnement des anti-lâchers ; 15 - la figure 4, un cas de défaillance possible : usure des anti-lâchers ; - la figure 5, un autre cas de lâcher de vitesses potentiel : application d'un effort de désengagement trop important ; et - la figure 6, les différentes étapes du procédé de test selon l'invention. 20 La figure 1 présente un schéma fonctionnel d'un exemple de chaîne de traction d'un véhicule hybride. Elle comporte un moteur thermique 1 couplé par exemple à une machine auxiliaire électrique 2, au moyen d'une courroie 3 entraînée par des poulies 3', 3" solidaires l'une du moteur l'autre de la machine auxiliaire, cette machine auxiliaire permettant le redémarrage 25 du moteur dans un mode dit stop and go . Cette dernière ne participe pas directement à la traction du véhicule. Un volant d'inertie 4 est fixé sur l'arbre de sortie 5 du moteur thermique 1. L'arbre de sortie est de son côté couplé au vilebrequin du moteur. L'arbre de sortie est ensuite relié à l'embrayage 6. Ce dernier effectue un mouvement 30 de glissement 7 dans la direction de l'arbre de sortie 5 pour passer d'une position ouverte à une position fermée ou vice-versa. L'embrayage est par ailleurs relié à l'arbre primaire 8. Cet arbre primaire 8 relie l'arbre de sortie moteur 5 à une boîte de vitesses mécanique pilotée 9 (BVMP), lorsque l'embrayage est en position fermée. Cette BVMP assure la transmission de 35 la puissance motrice aux roues 10, dont une seule est représentée sur la figure 1. Plus particulièrement, la BVMP 9 transmet, après démultiplication, la puissance de sortie aux roues 10 par l'intermédiaire d'un arbre de sortie 11, ou arbre secondaire. Une machine électrique de traction 12 est insérée en série entre l'embrayage 6 et la boîte mécanique pilotée 9. Cette machine électrique de traction 12 comporte un rotor 13 et un stator 14. Le rotor 13 est solidaire de l'arbre primaire 8 et le stator 14, fixe, est par exemple solidaire du carter du moteur. Une batterie 15 ou un ensemble de batteries, de forte puissance, alimente en énergie électrique la machine de traction 12 via un onduleur 16. 1 o Ce dernier permet de transformer la tension continue en sortie de batterie en tension alternative apte à entraîner le rotor 13 en rotation. Une unité de commande 20 associée à des capteurs, non représentés, pilote la chaîne de traction associée à la roue 10. L'unité de commande pilote notamment la machine électrique 12. Les capteurs permettent notamment de 15 mesurer les différentes vitesses de rotation en jeu dans la chaîne de traction. Avec une telle architecture de chaîne de traction, le véhicule peut notamment fonctionner selon les modes suivants : - le véhicule roule en mode thermique pur lorsque l'embrayage 6 est fermé et que la machine électrique de traction 12 n'est pas alimentée 20 ou commandée, le moteur thermique 1 assurant seul la traction ; - le véhicule roule en mode électrique pur lorsque l'embrayage 6 est ouvert et que la machine électrique 12 est alimentée ou commandée pour assurer seule la traction du véhicule ; - le véhicule roule en mode mixte lorsque le moteur thermique 1 assure 25 la traction du véhicule assisté par la machine électrique 12, l'embrayage 6 étant fermé. La figure 2 présente une vue, en coupe longitudinale, d'un système de synchronisation mettant en oeuvre un système d'anti-lâchers dans une boîte 30 de vitesses à crabots et synchroniseur. Un manchon 27, un moyeu 25, une bague de synchronisation 22 et un pignon fou 24 sont des pièces de révolution centrées sur l'axe longitudinal de l'arbre de transmission 8, par exemple l'arbre secondaire. Le manchon 27 est apte à effectuer un mouvement de translation lors de l'engagement d'une 35 vitesse vers le pignon 24, par exemple de première. Un tel système de verrouillage a pour but de maintenir le manchon 27 dans la position de la vitesse engagée. On rappelle succinctement, ci-après, le fonctionnement du système de synchronisation appliqué à un rapport de vitesse, ici le rapport de 1 ère Le manchon 27 est fixé sur le moyeu 25 solidaire de l'arbre secondaire 8 relié aux roues. Le manchon 27 est solidaire en rotation et libre en translation par rapport au moyeu 25. Le mouvement en translation du manchon 27 est produit par un actionneur situé dans la boîte de vitesses, non représenté. Sous l'action de ce dernier, le manchon 27 crée une poussée axiale sur le pignon fou 24 via la bague de synchronisation 22. La bague de synchronisation 22 possède une surface de friction sur sa face interne qui permet de transmettre un couple entre la bague 22 et le pignon fou 24 lors de l'application de l'effort produit par le manchon 27 sur ses dents, non représentées. Un fois synchronisé, le pignon 24 n'est plus fou et devient alors solidaire en rotation de l'arbre secondaire 11 qui tourne alors à la même vitesse que l'arbre primaire (non représenté) selon un rapport de démultiplication imposé par le rapport des diamètres respectifs de la roue solidaire de l'arbre primaire et du pignon solidaire de l'arbre secondaire ; la roue et le pignon formant un engrenage et il y a autant d'engrenages que de rapports de vitesse. La figure 3 présente une illustration schématique de détail du système d'antilâcher en rapport engagé. Cette figure montre une dent 31 de manchon 27 coopérant avec une dent de crabot du pignon 24. La dent de crabot 32 du pignon 24 comporte une zone de contact 33 avec la dent 31 du manchon, pour la transmission du couple à la boîte. Un couple 34 est transmis à la boîte et aux roues via la démultiplication des rapports. Le couple transmis par l'arbre primaire est transmis au pignon 24 via les dents 31, 32. La direction du couple est perpendiculaire au mouvement de translation du manchon 27 s'engageant dans le pignon 24. La zone de contact 33 correspond à la course minimale de prise entre le manchon 27 et le pignon 24. La géométrie des dents 32 du crabot du pignon en vis-à-vis de celles du manchon 27 permet de garantir un effort de maintien proportionnel au couple 34 transmis à la boîte de vitesses. La valeur Fanti-lâcher de cet effort de maintien qui fait fonction d'anti-lâcher est donnée par la relation suivante : Fanti-tacher = Cm" tan(a + tan- Coef )) (1) antiùtacher où : - Cmot représente la valeur du couple 34 transmis à la boîte de vitesses par le moteur ou la machine électrique, ou le véhicule lorsque celui-ci est menant ; - Ranti-lâcher est la distance entre le centre du pignon récepteur 24 et les dents 32 de la couronne de crabot, plus précisément entre le centre du pignon récepteur 24, positionné sur l'axe 11 de la figure 2, et l'endroit d'application de l'effort de transmission 34 entre le manchon 27 et les dents 32 du crabot ; Ainsi, la quantité Cm t correspond à l'effort transmis au contact 33 entre Rantiùlacher le manchon 27 et les dents 32 de la couronne de crabot. Les autres données qui interviennent dans la valeur Fanti-lâcher de la relation (1) sont : - l'angle a que fait l'enveloppe d'une dent avec la direction de translation du manchon et qui correspond à l'angle d'anti-lâcher des dents 32 de la couronne de crabot du pignon 24, c'est cet angle qui permet de maintenir l'engagement du manchon ; - un coefficient Coef qui correspond au coefficient de frottement entre le 25 manchon 31 et les dents 32 de la couronne de crabot, ce coefficient étant dépendant des matériaux de chaque pièce en jeu. Lorsqu'on veut extraire la vitesse, l'effort d'extraction est donc dépendant du couple transmis par la boîte. De ce fait, plus le couple transmis dans la boîte 30 est important plus il est difficile d'extraire le rapport. En outre, lors d'une défaillance de la boîte de vitesses ou lors d'une défaillance de pilotage de l'actionneur de la boîte, il est possible que le rapport se désengage. On dit alors que le rapport saute, ce qui correspond en fait à un lâcher de vitesse. Le lâcher de vitesse est possible si : - la fonction d'anti-lâcher de la boîte de vitesses n'est plus présente, ce qui est notamment dû à une usure du système d'anti-lâcher ou du manchon, plus particulièrement de l'angle d'anti-lâcher a décrit précédemment ; - l'actionneur a une défaillance due à un décalage de grille (en passage) par exemple, il applique dans ce cas un effort résiduel 1 o d'extraction supérieur à l'effort de maintien lié au couple transmis dans la boîte lorsque la vitesse est engagée. La figure 4 illustre une première situation dans laquelle la fonction d'antilâcher n'est plus présente en raison notamment d'une usure du système 15 d'anti-lâcher ou du manchon. La figure 4 montre notamment une zone d'usure 41 (hachurée sur la figure) sur une dent 32 du crabot du pignon récepteur et une zone d'usure 42 sur une dent 31 du manchon. Les frottements entre les pièces érodent la zone de contact et usent ainsi les dents 31, 32. Le rapport n'est alors plus maintenu sous l'action du couple 34 20 et le manchon peut se désengager en présence d'un effort d'extraction supérieur à l'effort de frottement entre les pièces en contact, ce qui arrive par exemple lors d'une accélération du véhicule en roulage. L'utilisateur du véhicule subit dans ce cas des lâchers de vitesses intempestifs. 25 La figure 5 illustre une deuxième situation dans laquelle il y a application d'un effort d'extraction résiduel supérieur à l'effort de maintien lié au couple transmis dans la boîte lorsque la vitesse est engagée. Une première flèche 51 orientée vers le manchon symbolise l'effort d'extraction Fextraction produit par l'actionneur. Une deuxième flèche 52, de même direction mais de sens 30 opposé, symbolise l'effort de maintien Fmaintien généré par le couple transmis. Lorsque la vitesse est engagée, si on applique un effort d'extraction Fextraction supérieur à l'effort de maintien généré par le couple transmis, il y a alors un lâcher de vitesse. L'actionneur peut avoir de multiples raisons de fournir un effort d'extraction résiduel ou intempestif lorsque le rapport est engagé. Cela 35 dépend notamment de la stratégie de contrôle appliquée pour l'actionneur, de sa technologie, de ses performances ou encore des dispersions de fabrication. A titre d'exemple, lorsque le moteur est au ralenti ou lorsque le couple moteur est proche du ralenti, par exemple quand 20 N.m sont appliqués à l'arbre primaire (ou arbre d'entrée) 8 de la boîte de vitesses, on obtient l'effort que l'actionneur ne doit pas dépasser pour éviter le lâcher de vitesse pour chaque rapport dans le tableau suivant : Marche arrière : 535 N Première : 391 N Deuxième : 212 N 3ème 4ème 5ème 6ème 121 N Pour les troisième, quatrième, cinquième et sixième vitesses, l'effort 15 maximum que l'actionneur ne doit pas dépasser sous peine d'avoir un lâcher de vitesse vaut 121 Newtons. Cet effort constitue d'ailleurs une contrainte de conception de l'actionneur. La figure 6 illustre les différentes étapes du procédé de test selon l'invention. 20 L'invention utilise avantageusement la présence de la machine électrique 12 sur l'arbre primaire 8 pour former un banc de test intégré à l'intérieur du véhicule. Dans une étape préliminaire 50, la mise en condition du véhicule est effectuée avant d'engager la procédure de test. Le véhicule est par exemple 25 posé sur le sol. Le frein à main est serré et les roues motrices bloquées. Dans la boîte de vitesses, le rapport est engagé sur la vitesse qui présente le défaut d'anti-lâcher. Le rapport est par exemple engagé avec un effort suffisant pour s'assurer que le manchon 27 est engagé en butée sur le pignon récepteur 24. 30 Dans une première étape 51, le véhicule étant en conditions, la machine électrique 12 est activée pour transmettre à la boîte de vitesses un couple. Le couple est appliqué selon une consigne. Dans une deuxième étape 52, lorsque le niveau de couple transmis dans la boîte de vitesses atteint le couple de consigne, une consigne d'effort 35 d'extraction est appliquée à l'actionneur. La consigne peut notamment être10 fonction du rapport engagé. Elle peut par exemple être déduite d'un tableau du type de celui présenté ci-dessus. L'application de l'effort est par exemple prévue pour une durée donnée. Dans une troisième étape 53, lorsque l'effort d'extraction Fextraction de consigne est atteint. Deux résultats de test peuvent alors se présenter. Dans un premier cas 531, le rapport reste engagé. Après une période de temporisation donnée permettant de s'assurer que le rapport reste bien engagé, la machine électrique 12 est arrêtée 541. Dans un deuxième cas 532, le rapport ne reste pas engagé, le test étant par 1 o exemple toujours effectué pendant la période de temporisation donnée. Au bout de cette période la machine électrique 12 est arrêtée 542. Dans une étape suivante 55, un autre rapport défaillant peut alors être engagé à partir de l'étape préliminaire 50 ou de la première étape 51 pour tester son origine. Dans le premier cas 531, le problème du lâcher de vitesse ne vient pas de la 15 boîte de vitesses et provient par exemple de l'actionneur lorsque ce lâcher se produit pendant le fonctionnement du véhicule en roulage, c'est-à-dire en utilisation par un client. Dans le deuxième cas 532, le problème de lâcher de vitesse provient de la boîte de vitesses avec une grande probabilité qu'il s'agisse d'un problème 20 d'usure tel que décrit par la figure 4. Pour réaliser le test de la fonction d'anti-lâcher, les données suivantes peuvent notamment être utilisées : - le type de boîte de vitesses pour connaître les démultiplications de chaque rapport ; 25 - la définition des crabots, et notamment les angles a d'anti-lâcher de chaque rapport ; -l'effort dans la boîte dû aux billages de fourchettes et/ou amont ainsi que les efforts d'armement de synchronisation ; - le couple instantané de la machine électrique 12 ; 30 - le couple de traînée globale de la chaîne de traction ; - l'effort produit par l'actionneur et la position de l'actionneur. Ainsi le couple à injecter par la machine électrique 12 pour chaque rapport est défini ainsi que l'effort à appliquer pour tester la fonction d'anti-lâcher pour les différents rapports. 35 L'invention permet donc avantageusement de discriminer l'origine d'un défaut de lâcher de vitesse, et cela sans démontage de la boîte de vitesses. Ainsi, lorsqu'un client arrive par exemple dans une concession ou dans un garage, lors d'une révision ou d'une panne, la fonction d'anti-lâcher peut être testée selon les étapes décrites précédemment. REVENDICATIONS 1. Procédé de test de la fonction d'anti-lâcher d'une boîte de vitesses (9) équipant une chaîne de traction hybride d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comportant un moteur thermique (1) et au moins une machine électrique (12) de traction, ladite machine électrique (12) étant disposée entre le moteur thermique et la boîte de vitesses et apte à entraîner au moins une roue motrice du véhicule, au moins un engrenage définissant un rapport de démultiplication de vitesse entre l'arbre d'entrée de la boîte et l'arbre de sortie de la boîte couplé à la roue, un système de synchronisation comportant un manchon (27) apte à coopérer avec une bague de synchronisation (22) sous l'action d'un actionneur, et apte à son tour à coopérer avec un pignon (24) de l'engrenage pour égaliser la vitesse des arbres d'entrée et de sortie de la boîte, le manchon (27) étant maintenu dans la position de rapport de vitesse engagé par un système d'anti-lâcher sous l'action d'une force de maintien, caractérisé en ce que le véhicule étant à l'arrêt, la machine électrique (12) est activée pour produire un couple (34) au manchon (27) selon une première consigne donnée appliquant une force de maintien, l'actionneur étant activé pour produire un effort d'extraction selon une deuxième consigne donnée de sens opposé à l'effort de maintien, le désengagement du rapport de vitesse indiquant une défaillance du système d'anti-lâcher. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon comportant des dents (31) s'engrenant dans des dents (32) d'un crabot lié au pignon (24), le système d'anti-lâcher comprend les dents (32) dont l'enveloppe forme un angle a avec la direction de translation du manchon permettant de maintenir l'engagement du manchon (27) dans le pignon (24), une défaillance du système d'anti-lâcher correspondant à une usure (41, 42) des contacts (33) entre les dents. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le test s'effectue selon les étapes suivantes : dans une première étape (51), le véhicule étant en conditions de test, on engage un rapport et on active la machine électrique (12) pourtransmettre à la boîte de vitesses un couple selon une première consigne d'effort ; -dans une deuxième étape (52), lorsque le niveau de couple transmis dans la boîte de vitesses atteint le couple de consigne, on applique un effort d'extraction à l'actionneur jusqu'à atteindre une deuxième consigne d'effort ; 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans un premier résultat de test possible (531) le rapport restant engagé pendant une période 1 o de temporisation donnée, la machine électrique (12) est arrêtée (541) à la fin de cette période, le système d'anti-lâcher de la boîte de vitesses n'étant pas considéré comme défaillant. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans un deuxième 15 résultat de test possible (532), le rapport ne restant pas engagé, le système d'anti-lâcher de la boîte de vitesses est considéré comme défaillant. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le véhicule est mis en conditions de test dans une étape 20 préliminaire (50) dans laquelle le véhicule étant posé sur le sol, les roues motrices étant bloquées, le rapport de vitesse défaillant est engagé. 25