Brevet FR2915576A1 — publié le 20081031

Procédé de test d'une boîte de vitesses en phase de synchronisation La présente invention concerne un procédé de test de la synchronisation d'une boîte de vitesses notamment pour diagnostiquer ou prévenir des pannes. Elle s'applique notamment pour des boîtes de vitesses équipant des véhicules hybrides. Plus généralement, elle s'applique par exemple à des véhicules équipés d'une chaîne de traction électrique. Actuellement, les véhicules automobiles hybrides utilisent des machines électriques pour entraîner la boîte de vitesses et 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 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. En particulier après la vente, il arrive régulièrement que des clients se plaignent notamment d'accrocs à l'engagement des vitesses, de craquements ou de bruits suspects. Ces phénomènes sont souvent liés à des défauts sur les synchroniseurs de la boîte de vitesses. Un but de l'invention est de faciliter le diagnostic fonctionnel d'une boîte de vitesses, notamment au niveau des synchroniseurs. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de test d'une boîte de vitesses en phase de synchronisation, ladite 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 et avec un pignon de l'engrenage pour égaliser la vitesse des arbres d'entrée et de sortie de la boîte, ledit procédé comportant une phase de synchronisation suivie d'une phase de dévirage dans laquelle le manchon monté sur un arbre se couple par frottement à une bague de synchronisation apte à s'effacer sous l'action du couple produit par le manchon pour permettre au manchon de s'engager dans un pignon fou monté sur le même arbre, la boîte de vitesses étant au point mort, la machine électrique transmet un couple à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses pour lui appliquer un mouvement de rotation, puis relâche le couple pour permettre d'engager successivement les rapports de démultiplication à tester. 1 o Le système de synchronisation est par exemple considéré comme opérationnel si aucun craquement n'est détecté lors de l'engagement d'un rapport. Le test s'effectue selon les étapes possibles suivantes : - dans une première étape (51), pour tester le système de 15 synchronisation d'un rapport déterminé ( i ), la boîte de vitesses (9) étant au point mort et la roue motrice bloquée, on envoie une consigne de vitesse de rotation à la machine électrique (12) qui applique à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses le couple d'entraînement nécessaire pour qu'il atteigne la vitesse de consigne 20 correspondant à ce rapport ( i) ; - dans une deuxième étape (52), une fois la vitesse de consigne atteinte, on commande la machine électrique (12) pour annuler son couple d'entraînement, - dans une troisième étape (53), on engage le rapport ( i ) et on détecte 25 ou non la présence de craquements . Dans une quatrième étape, on ramène par exemple la boîte de vitesses au point mort, et dans une étape suivante, le test est relancé pour un autre rapport ( i+1 ) selon les étapes précédentes. 30 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 : - la figure 1, un schéma fonctionnel d'un exemple de chaîne de traction hybride ; - la figure 2, une vue de détail des pièces mises en jeu dans une boîte 35 de vitesse lors d'une phase de synchronisation ; -la figure 3, une illustration d'un couple de synchronisation appliqué sur un pignon fou ; - la figure 4, une illustration d'un couple de dévirage appliqué par une dent de crabot de manchon sur une dent de crabot de pignon ; 5 - la figure 5, les principales étapes 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 par exemple à une machine auxiliaire électrique 2, au moyen d'une 10 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. 15 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 ailleurs relié à l'arbre primaire 8. Cet arbre primaire 8 relie l'arbre de sortie 20 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 puissance de sortie aux roues 10 par l'intermédiaire d'un arbre de sortie 11, 25 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 30 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. Une unité de commande 20 associée à des capteurs, non représentés, pilote 35 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 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 1 o pour assurer seule la traction du véhicule ; - le véhicule roule en mode mixte lorsque le moteur thermique 1 assure la traction du véhicule assisté par la machine électrique 12, l'embrayage 6 étant fermé. 15 La figure 2 illustre un exemple de système de synchronisation d'une boîte de vitesses 9 lors de la phase de synchronisation puis dans la phase de dévirage. Le dévirage est la phase au cours de laquelle une bague de synchronisation 22 se déverrouille d'un manchon 21 sur lequel elle était verrouillée, après 20 synchronisation des vitesses des arbres primaire 8 et secondaire 11, respectivement en entrée et sortie de boîte. Dans cet exemple, un manchon 21 coopère avec la bague de synchronisation 22 ayant une face interne conique s'évasant vers le pignon 25, face qui coopère à son tour avec une face externe, également conique, 25 du pignon 25. Cette bague 22 est également appelée bague de dévirage. Le manchon 21 est fixé sur un moyeu solidaire de l'arbre secondaire 11 relié aux roues, ni le moyeu, ni l'arbre secondaire ne sont représentés sur la figure 2 pour une question de clarté. Le manchon 21 est solidaire en rotation et libre en translation par rapport au moyeu. Le mouvement en translation du 30 manchon 21 est produit par un actionneur situé dans la boîte de vitesses, non représenté. Sous l'action de ce dernier le manchon 21 crée une poussée axiale Faxial qui sera illustré par la suite à la figure 3. La bague de synchronisation 22 possède une surface de friction 29 sur sa face interne qui permet de transmettre un couple entre la bague 22 et le pignon fou 25 lors de l'application de l'effort produit par le manchon 21 sur ses dents, non représentées. Un fois synchronisé, le pignon 25 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 8 selon un rapport de démultiplication imposé par le rapport des diamètres respectifs de la roue solidaire de l'arbre primaire 8 et du pignon solidaire de l'arbre secondaire 11 ; la roue et le pignon formant un engrenage et il y a autant d'engrenages que de rapports de vitesse. Par conception, un synchroniseur ne doit pas permettre l'engagement du 1 o rapport avant que les régimes, au primaire et au secondaire, ne soient synchronisés. C'est-à-dire que l'effort mis par l'actionneur doit rester inférieur à l'effort de blocage imposé par le synchroniseur. On évoque dans ce cas la positivité du synchroniseur. Ainsi, dans un cas nominal, le couple de dévirage 20, fourni par l'actionneur, doit donc rester inférieur au couple de 15 synchronisation 30, dépendant notamment des paramètres géométriques du synchroniseur. La figure 3 illustre la formation du couple de synchronisation Csyn. L'effort axial Faxial, ou effort menant précité, est produit sur la bague de 20 synchronisation 22 par la poussée du manchon 21 (non représenté sur la figure). Comme indiqué précédemment ce couple Csyn s'oppose à l'avancée du manchon 21. Ce couple est donné par la relation suivante : C F xiai xDeône xCLo,ne syn 2 sin a où : - icône représente le diamètre de la bague de synchronisation 22 au niveau de la surface de contact avec le pignon fou 25 ; - Cfcône représente le coefficient de frottement entre la bague de 30 synchronisation 22 et le pignon fou 25 ; - a représente l'angle du cône formé par les surfaces de contact 31, 32 , respectivement, de la bague 22 et du pignon fou 25. 25 (1) La figure 4 illustre le couple de dévirage Cdévirage. Plus particulièrement, la figure 4 présente une dent de crabot 41 du manchon 21 et une dent de crabot 42 de la bague de synchronisation 22 en regard l'une de l'autre. Dans la phase de synchronisation, les dents 41, 42 entrent en contact. Les terminaisons des dents sont coniques. Elles entrent en contact par les surfaces de ces terminaisons coniques. II en résulte le couple de dévirage donné par la relation suivante, produit par l'effort Faxa, appliqué par le manchon 21 sur la bague de synchronisation 22 : _ F . 1 XDrampe Cdévirage 2 tan 8 où: - Drampe représente le diamètre de la bague de synchronisation 22 au niveau de la surface de contact avec le pignon fou 25 ; - R est l'angle des cônes de contact par rapport à la normale 43 à leur 15 axe de déplacement. Le facteur de positivité Fp du synchroniseur, ou bague de synchronisation 22, étant égal à Csyn à partir des relations (1) et (2), il Cdévirage s'ensuit que : 20 DeonexCt ô,7extan(I3) Fp = (3) Drampex sln(a) Si le facteur de positivité Fp est inférieur à 1, il y a risque de craquement. Ceci peut être dû notamment à : - une non-conformité de la bague 22 du synchroniseur ; 25 - une non-conformité des autres cônes, dans le cas de synchroniseurs à double ou à triples cônes ; - une non-conformité du manchon de crabotage 21 ; - un défaut de processus de fabrication conduisant à une non-conformité géométrique d'une des pièces précédentes ; 30 - une pollution interne à la boîte de vitesses 9, par exemple une dégradation du coefficient de frottement sur les cônes. (2) La figure 5 illustre les différentes étapes mises en oeuvre par le procédé selon l'invention. 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. Selon l'invention, l'embrayage 6 étant ouvert, boîte de vitesses au point mort, c'est-à-dire que le manchon 21 n'est pas engagé dans le pignon fou 25, et le moteur thermique 1 étant arrêté, et les roues motrices sont bloquées, la machine électrique 12 transmet un couple à la boîte de vitesses 9 pour lui appliquer un mouvement de rotation, puis relâche le couple pour permettre 1 o d'engager successivement les rapports de démultiplication à analyser. Deux cas peuvent alors se présenter : - aucun craquement n'est observé, dans ce cas l'arbre primaire a été synchronisé au régime cible, c'est-à-dire à vitesse nulle, le synchroniseur est alors opérationnel ; 15 - des craquements sont présents à l'engagement du rapport, dans ce cas le synchroniseur n'est pas opérationnel. Les étapes de la figure 5 présentent un exemple de mise en oeuvre du procédé. Dans une première étape 51, le procédé envoie une consigne de régime, 20 c'est-à-dire de vitesse de rotation, à la machine électrique 12 pour lancer le test pour un synchroniseur de rapport déterminé i. La boîte de vitesses 9 étant au point mort, l'embrayage étant ouvert et les roues motrices bloquées, .la machine électrique 12 applique alors à la boîte de vitesses, le couple d'entraînement nécessaire pour qu'elle atteigne le régime de consigne. 25 Dans une deuxième étape 52, une fois le régime de consigne ou régime cible atteint, la machine électrique 12 est commandée pour annuler son couple d'entraînement. Dans une troisième étape 53, le rapport i est engagé. Puis un test est effectué, ce test analyse la présence de craquements. S'il n'y a pas de 30 craquements, le synchroniseur du rapport i fonctionne correctement. Dans le cas contraire, s'il y a des craquements, le synchroniseur du rapport i ne fonctionne pas correctement, il peut être considéré comme n'étant pas en état de fonctionner. Dans une quatrième étape 54, la boîte de vitesses est ramenée au point 35 mort, c'est-à-dire avec le manchon 21 non engagé dans le pignon fou 25. Dans une cinquième étape 55, la procédure est relancée pour le rapport suivant, par exemple i+1 en recommençant par la première étape 51 décrite précédemment. L'invention qui vient d'être décrite considère une implantation dans laquelle le système de synchronisation est monté sur l'arbre secondaire. L'invention s'applique de la même façon à un même système de synchronisation mais monté sur l'arbre primaire. 1 o L'invention a notamment comme avantage qu'elle permet d'analyser rapport par rapport, sans dépose de l'ensemble formé du moteur thermique et du système de transmission, le fonctionnement des différents synchroniseurs. II s'ensuit un gain de temps en expertise et donc une économie. 15 REVENDICATIONS 1. Procédé de test d'une boîte de vitesses en phase de synchronisation, ladite 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 (8) de la boîte et l'arbre de sortie (11) de la boîte couplé à la roue, un système de synchronisation comportant un manchon (21) apte 1 o à coopérer avec une bague de synchronisation (22) et avec un pignon (25) de l'engrenage pour égaliser la vitesse des arbres d'entrée et de sortie de la boîte, ledit procédé comportant une phase de synchronisation suivie d'une phase de dévirage dans laquelle le manchon (21) monté sur un arbre (11) se couple par frottement à une bague de synchronisation (22) apte à s'effacer 15 sous l'action du couple produit par le manchon pour permettre au manchon de s'engager dans un pignon fou (25) monté sur le même arbre (11), caractérisé en ce que la boîte de vitesses (9) étant au point mort, la machine électrique (12) transmet un couple à l'arbre d'entrée (8) de la boîte de vitesses (9) pour lui appliquer un mouvement de rotation, puis relâche le 20 couple pour permettre d'engager successivement les rapports de démultiplication à tester. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de synchronisation est considéré comme opérationnel si aucun craquement 25 n'est détecté lors de l'engagement d'un rapport. 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), pour tester le système de 30 synchronisation d'un rapport déterminé ( i ), la boîte de vitesses (9) étant au point mort et la roue motrice bloquée, on envoie une consigne de vitesse de rotation à la machine électrique (12) qui applique à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses le coupled'entraînement nécessaire pour qu'il atteigne la vitesse de consigne correspondant à ce rapport ( i) ; dans une deuxième étape (52), une fois la vitesse de consigne atteinte, on commande la machine électrique (12) pour annuler son 5 couple d'entraînement, - dans une troisième étape (53), on engage le rapport ( i ) et on détecte ou non la présence de craquements . 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans une 10 quatrième étape (54), on ramène la boîte de vitesses au point mort, et dans une étape suivante (55), le test est relancé pour un autre rapport ( i+1 ) selon les étapes précédentes (51 à 54). 15 20