Brevet FR2914742A1 — publié le 20081010

Procédé de test d'une boîte de vitesses, notamment pour diagnostiquer ou prévenir des pannes La présente invention concerne un procédé de test d'une boîte de vitesses notamment pour diagnostiquer ou prévenir des pannes. Elle s'applique notamment pour des boîtes de vitesses équipant des véhicules, notamment des véhicules automobiles à motorisation hybride (moteur thermique associé à au moins une machine électrique de traction)., Elle 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 panne, il faut déposer la boîte de vitesses puis la mettre éventuellement sur un banc de test, les tests alors effectués permettant de détecter l'origine de la panne. 20 Un but de l'invention est notamment de faciliter le diagnostic fonctionnel d'une boîte de vitesses. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de test d'une boîte de vitesses équipant une chaîne de traction hybride d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comprenant une machine électrique en série sur l'arbre primaire avec le moteur thermique et disposée 25 en entrée de la boîte de vitesses comportant un ensemble de pièces mécanique, les pièces de la boîte de vitesses étant aptes à être testées en rotation, la boîte de vitesses, au point mort, est entraînée en rotation par la machine électrique en phase de test. La boîte de vitesses étant par exemple entraînée à différents régimes, 30 lorsque la boîte de vitesses atteint un régime voulu la machine électrique annule son couple d'entraînement de la boîte de vitesses puis on mesure la décélération de l'arbre primaire. La valeur du couple de traînée de la boîte de vitesses étant déduite de la valeur de la décélération de l'arbre primaire, cette valeur du couple de traînée est par exemple comparée à au moins un seuil d'acceptation, le dépassement du seuil indiquant un dysfonctionnement potentiel de la boîte de vitesses. Dans un autre exemple de mise en oeuvre, le procédé comporte par 5 exemple : - une première étape, dans laquelle on estime le couple à appliquer par la machine électrique à l'arbre primaire de la boîte de vitesses pour entraîner la boîte de vitesses et la machine électrique à une vitesse de rotation donnée, l'estimation étant réalisée à partir de la connaissance 1 o des inerties et de la traînée nominale de l'ensemble formé de la machine électrique et de la boîte ; - une deuxième étape, dans laquelle on envoie une consigne de vitesse à la machine électrique ; - une troisième étape dans laquelle on commande la machine 15 électrique pour réguler la vitesse de l'ensemble autour d'un régime de consigne ; - une quatrième étape dans laquelle on compare le couple réellement appliqué par la machine électrique pour entraîner l'ensemble au régime de consigne. 20 Si le décalage entre le couple réellement appliqué et le couple estimé dépasse un seuil donné, un dysfonctionnement potentiel de la boîte de vitesses est par exemple détecté. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de 25 la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, un schéma fonctionnel d'un exemple de chaîne de traction hybride , - la figure 2, une courbe illustrant une allure du régime arbre primaire exploité par le procédé selon l'invention ; 30 - la figure 3, un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 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 35 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 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 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 1 o 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 la puissance motrice aux roues 10, dont une seule est représentée sur la figure 1. Plus particulièrement, la BVMP 9 transmet, après démultiplication, la 15 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 11 comporte un rotor 13 et un stator 14. Le rotor 13 est solidaire de 20 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. Ce dernier permet de transformer la tension continue en sortie de batterie en tension alternative apte à entraîner le rotor 13 en rotation. 25 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 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 30 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 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 5 la traction du véhicule assisté par la machine électrique 12, l'embrayage 6 étant fermé. Selon l'invention, le diagnostic fonctionnel de la boîte de vitesses 9 se fait par le pilotage de la machine électrique 12 et l'exploitation des données issues de la boîte de vitesses. Plus particulièrement, l'invention permet de 1 o diagnostiquer une défaillance de la boîte de vitesses 9 au travers de la mesure de la caractéristique fonctionnelle de la traînée de l'arbre primaire et de la traînée complète de la boîte de vitesses. Avantageusement, le diagnostic peut être effectué d'une manière préventive, lors d'une visite de garantie par exemple, ou en cas de panne effective ou en temps masqué (à 15 la coupure du contact ou lors des désengagements de rapport en roulage par exemple). Ce diagnostic opéré selon l'invention permet de vérifier les fonctions de la boîte de vitesses avant de la déposer lors d'une panne et peut aussi permettre de suivre l'évolution des performances fonctionnelles de la boîte lors d'une opération de prévention. 20 Afin de garantir le bon fonctionnement interne de la boîte de vitesses ainsi que le bon fonctionnement des changements de rapport, l'invention permet d'établir une stratégie de pilotage de la machine électrique 12 qui permet, notamment après la vente du véhicule, de tester deux caractéristiques fonctionnelles. Ces caractéristiques fonctionnelles de la boîte de vitesses 25 sont - le couple de traînée à l'arbre primaire au point mort ; - le rendement mécanique de la boîte de vitesses pour chaque rapport engagé. 30 La figure 2 illustre par une courbe 21 l'allure en fonction du temps t du régime arbre primaire, en tour par minute. Cette courbe est notamment utilisée dans une première méthode possible pour le contrôle de la traînée de l'arbre primaire 8 au point mort. Dans ce cas, le véhicule est à l'arrêt, avec le frein à main ou les freins bloqués. Selon l'invention, pour le test, la boîte de 35 vitesses est entraînée par la machine électrique 12. Plus particulièrement pour la machine électrique, il s'agit d'entraîner la boîte de vitesses à différents régimes et de mesurer la décélération de l'arbre primaire. Lorsque la boîte de vitesses 9 atteint le régime voulu, la machine électrique commute et annule le couple électrique transmis. En connaissant les démultiplications de la boîte de vitesses, l'inertie de friction du disque d'embrayage, l'inertie de la machine électrique et sa précision de régulation d'annulation de couple, on peut calculer l'inertie de la boîte de vitesses au point mort et donc le couple de traînée CT défini par la relation suivante : CT =IPM dwAP dt où wAP représente le régime arbre primaire, et IPM représente l'inertie de la boîte de vitesses au point mort. IPM est la somme des moments d'inertie des pièces en rotation. Le moment d'inertie est par exemple ramené au niveau du pignon fou. II dépend donc alors des rapports de démultiplication en jeu selon que le pignon fou est au primaire ou au secondaire. La courbe 21 représente donc l'évolution du régime arbre primaire wAP, en tour par minute, en fonction du temps t. Dans une zone 22, la courbe 21 est sensiblement linéaire et décroissante. La pente dans cette zone indique la valeur de dwAP correspondant à la décélération de l'arbre primaire 8. Cette valeur de la traînée ainsi calculée est par exemple comparée à des seuils d'acceptation afin de juger de la conformité de la mécanique interne de la boîte de vitesses et du positionnement des synchroniseurs au point mort (pas de vitesse engagé et embrayage ouvert). Cette comparaison permet notamment de vérifier la conformité des billages des fourchettes de passage des vitesses, de la garde au léchage des synchroniseurs, de l'apprentissage de l'actionneur de passage des vitesses (le positionnement point mort), des roulements ou d'un grippage de pignon fou de la boîte. La figure 3 illustre une autre méthode possible pour déterminer la traînée de l'arbre primaire au point mort. La boîte de vitesses est au point mort avec son arbre primaire à l'arrêt, la machine électrique 12 étant utilisée pour entraîner (1) la boîte de vitesses. Un premier bloc 21 représente un bloc fonctionnel estimant le couple à appliquer par la machine électrique à l'arbre primaire 8 de la boîte de vitesses pour entraîner celle-ci ainsi que la machine électrique elle-même. Cette estimation est par exemple définie par un module de programmation intégré dans le programme de commande de la machine électrique. Ce programme peut ainsi être un modèle numérique des inerties de la machine électrique et de la boîte de vitesses, intégrant par ailleurs notamment les traînées nominales. Un deuxième bloc 22 représente les pièces physiques notamment en rotation, plus particulièrement l'ensemble 1 o formé de la machine électrique et du système de transmission. Une consigne de vitesse 23 est appliquée à la machine électrique. Cette consigne est appliquée au bloc fonctionnel 21 qui calcul un couple d'entraînement CMEL produit par la machine électrique. Ce couple est appliqué aux pièces mécaniques du bloc 22 dont la rotation atteint la vitesse wAP. Cette vitesse 15 est par exemple mesurée par un capteur de vitesse non représenté. La mesure de la vitesse est envoyée à l'entrée négative d'un sommateur 24, l'entrée positive recevant la consigne de vitesse. La sortie du sommateur est appliquée à l'entrée du premier bloc 21, l'ensemble formant ainsi une boucle de régulation. En régime stabilisé, le couple CMEL peut être le couple à 20 comparer à une valeur d'acceptation ou à la dernière valeur mémorisée. Ainsi, si la traînée de la boîte de vitesses ou de la machine électrique est décalée par rapport à une dispersion tolérée ou à la mesure précédente, cela se traduit par un décalage du couple CMEL et constitue une alerte sur une défaillance potentielle de la boîte de vitesses ou de la machine électrique. La 25 détection de ce décalage est aussi un moyen pour rechercher l'origine d'une panne à l'intérieur de la boîte de vitesses, notamment au niveau du synchroniseur, de la mécanique interne ou encore de l'actionneur. Selon le type de décalage, il est en effet possible de déduire l'origine de la panne. En regard du schéma de test de la figure 3, le procédé selon l'invention 30 exécute ainsi les étapes suivantes ; - dans une première étape, on estime le couple à appliquer par la machine électrique à l'arbre primaire 8 de la boîte de vitesses pour entraîner la boîte de vitesses 9 et la machine électrique 12 à une vitesse de rotation donnée, l'estimation étant réalisée à partir de la connaissance des inerties et de la traînée nominale de l'ensemble 22 formé de la machine et de la boîte ; - dans une deuxième étape, on envoie une consigne de vitesse 23 à la machine électrique ; - dans une troisième étape, on commande la machine électrique 12 pour réguler la vitesse de l'ensemble 22 sur la valeur de consigne 23 ; - dans une quatrième étape on compare le couple réellement appliqué par la machine électrique 12 pour entraîner l'ensemble 22 au régime de consigne. 1 o Lorsque le décalage entre le couple réellement appliqué et le couple estimé dépasse un seuil donné, un dysfonctionnement potentiel de la boîte de vitesses est détecté. Les deux exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention tels que 15 décrits précédemment, montrent que l'invention permet avantageusement d'obtenir un banc de test intégré dans le véhicule, ce banc comportant notamment la machine électrique 12. Un contrôle du rendement mécanique de la boîte de vitesses est aussi 20 possible. Le principe de contrôle est alors identique à celui illustré par la figure 3 mais le modèle de boîte de vitesses mémorisé dans le premier bloc 21 est différent. En particulier, les inerties en jeu sont plus importantes ainsi que le couple de traînée. Ce type de contrôle du rendement mécanique est possible après dépose des cardans. 25 L'invention permet avantageusement un contrôle préventif de la boîte de vitesses en analysant la variation du couple de traînée. Elle permet ainsi d'isoler l'origine d'une défaillance de la boîte de vitesses avant dépose du bloc 22, telle que par exemple : - un grippage, ou un début de grippage, du pignon fou ; 30 - un léchage de synchronisation au point mort, en particulier une garde au léchage non conforme, un billage de fourchette hors d'usage ou encore une clé d'inter-verrouillage déformée ; - une dégradation de la machine électrique ; - un mauvais débrayage, dans le cas notamment où la traînée est trop 35 faible au point mort à cause d'une relance. L'invention permet donc notamment de sécuriser un véhicule en effectuant facilement et de façon fiable un diagnostic préventif. Elle permet aussi de localiser une défaillance avant dépose du bloc formé du moteur thermique et du système de transmission. REVENDICATIONS 1. Procédé de test d'une boîte de vitesses (9) équipant une chaîne de traction hybride d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comprenant une machine électrique (12) en série sur l'arbre primaire (8) avec le moteur thermique (1) et disposée en entrée de la boîte de vitesses comportant un ensemble de pièces mécaniques, caractérisé en ce que les pièces de la boîte de vitesses étant aptes à être testées en rotation, la boîte de vitesses, au point mort, est entraînée en rotation par la machine électrique (12) en phase de test. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de vitesses étant entraînée à différents régimes, lorsque la boîte de vitesses atteint un régime voulu la machine électrique annule son couple d'entraînement de la boîte de vitesses puis on mesure la décélération de l'arbre primaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur du couple de traînée de la boîte de vitesses étant déduite de la valeur de la décélération de l'arbre primaire, cette valeur du couple de traînée est comparée à au moins un seuil d'acceptation, le dépassement du seuil indiquant un dysfonctionnement potentiel de la boîte de vitesses. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - dans une première étape, on estime le couple à appliquer par la machine électrique à l'arbre primaire (8) de la boîte de vitesses pour 25 entraîner la boîte de vitesses (9) et la machine électrique (12) à une vitesse de rotation donnée, l'estimation étant réalisée à partir de la connaissance des inerties et de la traînée nominale de l'ensemble (22) formé de la machine électrique et de la boîte ; - dans une deuxième étape, on envoie une consigne de vitesse (23) à 30 la machine électrique ; - dans une troisième étape on commande la machine électrique (12) pour réguler la vitesse de l'ensemble (22) autour d'un régime de consigne (23) ;- dans une quatrième étape on compare le couple réellement appliqué par la machine électrique (12) pour entraîner l'ensemble (22) au régime de consigne. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que si le décalage entre le couple réellement appliqué et le couple estimé dépasse un seuil donné, un dysfonctionnement potentiel de la boîte de vitesses est détecté. 15