Brevet FR2922621A1 — publié le 20090424

Procédé de gestion optimisée d'une boite de vitesses automatique, et véhicule adapté. La présente invention concerne un mode de gestion optimisée d'une boite de vitesses automatique d'un véhicule automobile, visant de manière générale à améliorer le rendement énergétique global des véhicules équipés de telles boites de vitesses. On sait que les boites de vitesses automatiques sont accouplées au moteur par des convertisseurs de couple, qui présentent un certain glissement, notamment consommateur d'énergie dans le mode de fonctionnement où le moteur entraîne le véhicule. Ces convertisseurs présentent surtout la caractéristique de patiner beaucoup lorsqu'ils fonctionnent à l'envers, c'est-à-dire le moteur étant entraîné par la boite de vitesse, lors des phases de décélération du véhicule, ce qui empêche d'avoir un frein moteur efficace. Pour compenser cette insuffisance de frein moteur, ce sont les freins de service du véhicule qui sont sollicités, l'énergie étant alors dissipée sous forme de chaleur dans les freins et donc perdue, et de plus il s'ensuit une usure accentuée des freins du véhicule. Pour limiter le glissement des convertisseurs, notamment en phase de décélération du véhicule, il est déjà connu d'utiliser des moyens de verrouillage mécanique du convertisseur sous certaines conditions de fonctionnement, mais ces moyens de verrouillage compliquent et augmentent le coût des convertisseurs. On sait aussi que les boites de vitesses automatiques comportent une pluralité de dispositifs de frein ou embrayage à disques qui sont sollicités lors du fonctionnement de la boite pour changer de rapport de transmission et maintenir le rapport sélectionné. Lorsqu'un rapport est enclenché, un ou plusieurs de ces freins ou embrayages sont en prise, et les autres sont ouverts. La pluralité de disques empilés axialement qui les constituent généralement ne sont alors pas serrés les uns contre les autres, mais leur proximité relative, alliée au fonctionnement de ces dispositifs dans un bain d'huile, crée des frottements internes à la boite de vitesse d'autant plus importants que l'huile de boite est froide et visqueuse. Egalement, ces boites sont lourdes car présentant, relativement à des boites mécaniques classiques, beaucoup d'organes métalliques par rapport à leur volume, et en conséquence présentent aussi une inertie thermique importante. La conjugaison de cette inertie thermique et des frottements internes des dispositifs de frein ou embrayage fait que l'utilisation de telles boites automatiques génère une surconsommation de carburant pour vaincre ces frottements, surtout à froid. Pour pallier cet inconvénient, il est parfois utilisé une thermo-vanne qui interdit la circulation de liquide de refroidissement à froid dans l'échangeur dont la boite de vitesse est pourvue, de manière à faciliter sa montée en température, et donc réduire la viscosité de l'huile et les frottements induits. La présente invention a pour but d'apporter une amélioration dans l'utilisation des boites de vitesses automatiques, visant notamment à augmenter la température, ou au moins accélérer la montée en température, de ces boites, de manière à en réduire les frottements internes et ainsi faire baisser la consommation de carburant du véhicule. Elle vise aussi à améliorer le frein moteur et en conséquence limiter les pertes d'énergie dues à l'utilisation des freins de service pour compenser les insuffisances de frein moteur, et elle vise aussi à diminuer en conséquence l'usure des freins de services. 3 Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de gestion d'une boite de vitesse automatique montée sur un véhicule automobile, la boite comportant une pluralité de dispositifs de frein ou embrayage qui sont sollicités alternativement lors du fonctionnement de la boite pour changer de rapport de transmission, de manière que, lorsqu'un rapport est enclenché, un ou plusieurs de ces freins ou embrayages sont en prise, et les autres sont ouverts, caractérisé en ce que, lors de phases de décélération du véhicule, on commande au moins un des dispositifs de frein ou embrayage choisi parmi ceux qui ne sont pas en prise, de manière à le faire frotter sans l'amener totalement en prise, pour créer un échauffement de la boite de vitesse. Ainsi, l'énergie générée par ce frottement est mise à profit pour échauffer le ou les dispositifs de frein ou embrayage déterminés, et donc l'huile de boite et la boite dans son ensemble. La montée en température de la boite de vitesse est ainsi plus rapide, la viscosité de l'huile de boite diminue plus rapidement et les frottements internes inévitables se trouvent réduits en conséquence. La consommation de carburant du véhicule dans les phases de traction s'en trouve donc réduite. Par ailleurs, dans la mesure où ce frottement s'oppose à une libre rotation des organes de transmission, il assure aussi un freinage du véhicule, compensant au moins partiellement l'insuffisance de frein moteur, et réduisant l'énergie qui serait dissipée à perte dans les freins de service pour assurer un freinage équivalent. On pourra notamment commander le ou les dispositifs de freins ou embrayage en fonction de un au moins des paramètres suivants : la température de la boite de vitesse, la vitesse du véhicule, la décélération souhaitée, la position et/ou la vitesse de déplacement de l'accélérateur, les besoins en chauffage de l'habitacle, etc. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant une boite de vitesse automatique et un calculateur de pilotage de la boite de vitesse, comportant des lois de commande des freins et embrayages de la boite de vitesse en fonction de paramètres prédéterminés pour assurer l'automaticité des changement de rapport, le calculateur étant relié à des actionneurs qui commandent la pression d'huile de pilotage des embrayages ou freins, le véhicule étant caractérisé en ce que les dites lois de commandes sont adaptées pour que, lors des phases de décélération, les actionneurs agissent sur des embrayages ou freins prédéterminés de manière à réaliser lors de ces phases un frottement apte à échauffer la boite de vitesses. En effet, dans les boites de vitesses actuelles, la gestion de la pression d'huile de commande des dispositifs de frein ou embrayage de ces boites, pour les mettre en prise ou les libérer, est automatisée. Typiquement elle est assurée par une unité électronique de commande de la boite de vitesse ou même de l'ensemble du groupe motopropulseur, cette unité électronique comportant en mémoire les lois de commande de chaque frein ou embrayage en fonction des divers paramètres habituellement pris en compte pour assurer l'automaticité des changement de rapport. Cette unité électronique est reliée à des actionneurs, tels que des électrovannes, qui commandent la pression d'huile de pilotage des embrayages ou freins. Il suffit ainsi, pour la mise en oeuvre de l'invention, d'adapter les lois de commande de l'unité électronique de commande pour réaliser le frottement requis lors des phases de décélération, par exemple de la manière générale suivante : - si la température de la boite de vitesse est inférieure à un seuil de température prédéterminé, et - si l'accélérateur est relâché, et si la vitesse est supérieure à un seuil de 5 vitesse prédéterminé, alors les actionneurs de l'un ou plusieurs des dispositifs de frein ou embrayage sont commandés pour fournir aux dits dispositifs une pression d'huile adaptée pour réaliser le frottement demandé. Les paramètres ci-dessus ne sont pas obligatoirement tous pris en considération de manière absolue. Par exemple, la prise en compte d'un seuil de vitesse n'est pas forcément nécessaire. Même si un tel seuil est pris en considération pour engager les actions requises pour réaliser le frottement souhaité, les dites actions pourront être maintenues en dessous d'un tel seuil, notamment jusqu'à l'arrêt du véhicule, par exemple, pour éviter d'avoir à maintenir l'immobilisation du véhicule avec le frein de service comme c'est le cas habituellement dans les véhicules à boite de vitesses automatique. D'autres paramètres pourront aussi être pris en compte dans les dites lois de commande. Par exemple, le frottement demandé pourra aussi être fonction de la décélération souhaitée, l'amplitude de celle-ci pouvant être déterminée en fonction par exemple de la vitesse de relâchement de la pédale d'accélérateur, ou d'autres paramètres gérés par l'unité centrale de gestion du véhicule. Le frottement demandé sera aussi limité à une puissance maximum à ne pas dépasser dans les freins et/ou embrayages ainsi sollicités, pour ne pas les détériorer. Lorsque la boite aura atteint sa température optimale de fonctionnement, le mode de gestion spécifique à l'invention pourra être arrêté. 6 L'énergie dissipée dans la boite de vitesse pourra aussi, au-delà de ce qui est nécessaire pour amener la boite à bonne température, être partiellement récupérée via des échangeurs adaptés pour participer au chauffage de l'habitacle. Dés que la boite de vitesse aura atteint sa température optimum de fonctionnement, et si des besoins frein moteur et/ou de chauffage de l'habitacle le justifient, le mode de gestion selon l'invention pourra cependant être maintenu en parallèle au fonctionnement de l'échangeur thermique connu utilisé pour transférer la chaleur de la boite à un liquide de refroidissement, pour augmenter la puissance mise dans ce liquide et donc la puissance de chauffage de l'habitacle. Une sécurité assurera l'arrêt complet de ce mode de fonctionnement si la température du liquide de refroidissement et/ou de l'huile de boite atteint un seuil maximal. Le système de gestion de boite de vitesse selon l'invention permet ainsi en quelque sorte de prélever de l'énergie sur celle dissipée à perte dans les freins, et l'utiliser pour échauffer plus rapidement la boite de vitesse et ainsi limiter les pertes d'énergie dues à cette dernière notamment lors d'un fonctionnement à froid. Une estimation des gains obtenus a été calculée par les inventeurs . - sachant qu'il y a 3% d'écart de consommation sur un cycle Européen de consommation entre une boite de vitesse automatique froide et la même boite chaude, équipant des véhicules émettant de 150 à 300 g de CO2 par kilomètre, et qu'il y a un ordre de grandeur de 1 à 2 MJ d'énergie de freinage sur ce cycle européen de 11 km parcouru en 1180 secondes, soit une puissance moyenne dissipée de 800 à 1600 W, 7 - le gain de consommation est compris entre 2 et5 g de CO2 par kilomètre, le gain en puissance de chauffage étant de l'ordre de 1KW.5 REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion d'une boite de vitesse automatique montée sur un véhicule automobile, la boite comportant une pluralité de dispositifs de frein ou embrayage qui sont sollicités alternativement lors du fonctionnement de la boite pour changer de rapport de transmission, de manière que, lorsqu'un rapport est enclenché, un ou plusieurs de ces freins ou embrayages sont en prise, et les autres sont ouverts, caractérisé en ce que, lors de phases de décélération du véhicule, on commande au moins un des dispositifs de frein ou embrayage choisi parmi ceux qui ne sont pas en prise, de manière à le faire frotter sans l'amener totalement en prise, pour créer un échauffement de la boite de vitesse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on commande le ou les dispositifs de freins ou embrayage en fonction de un au moins des paramètres suivants : la température de la boite de vitesse, la vitesse du véhicule, la décélération souhaitée, la position et/ou la vitesse de déplacement de l'accélérateur, les besoins en chauffage de l'habitacle. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - si la température de la boite de vitesse est inférieure à un seuil de température prédéterminé, et - si l'accélérateur est relâché, alors les actionneurs de l'un ou plusieurs des dispositifs de frein ou embrayage sont commandés pour fournir aux dits dispositifs une pression d'huile adaptée pour réaliser le frottement demandé. 9 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - si la température de la boite de vitesse est inférieure à un seuil de température prédéterminé, et - si l'accélérateur est relâché, et si la vitesse est supérieure à un seuil de vitesse prédéterminé, alors les actionneurs de l'un ou plusieurs des dispositifs de frein ou embrayage sont commandés pour fournir aux dits dispositifs une pression d'huile adaptée pour réaliser le frottement demandé. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on tient compte de la décélération souhaitée, l'amplitude de celle-ci étant déterminée en fonction de la vitesse de relâchement de la pédale d'accélérateur. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frottement demandé est limité à une puissance maximum à ne pas dépasser dans les freins et/ou embrayages. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie dissipée dans la boite de vitesse au- delà de ce qui est nécessaire pour amener la boite à bonne température, est partiellement récupérée via des échangeurs adaptés pour participer au chauffage de l'habitacle. 8. Véhicule automobile comportant une boite de vitesse automatique et un calculateur de pilotage de la boite de vitesse qui comprend des lois de commande des freins et embrayages de la boite de vitesse en fonction de paramètres prédéterminés pour assurer l'automaticité des changement de rapport, le calculateur étant relié àdes actionneurs qui commandent la pression d'huile de pilotage des embrayages ou freins, caractérisé en ce que les dites lois de commandes sont adaptées pour que, lors des phases de décélération, les actionneurs agissent sur des embrayages ou freins prédéterminés de manière à réaliser lors de ces phases un frottement apte à échauffer la boite de vitesses. 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que les lois de commandes sont adaptées pour commander le ou les dispositifs de freins ou embrayage en fonction de un au moins des paramètres suivants : la température de la boite de vitesse, la vitesse du véhicule, la décélération souhaitée, la position et/ou la vitesse de déplacement de l'accélérateur, les besoins en chauffage de l'habitacle. 10. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que les lois de commande comprennent : - si la température de la boite de vitesse est inférieure à un seuil de température prédéterminé, et - si l'accélérateur est relâché, alors les actionneurs de l'un ou plusieurs des dispositifs de frein ou embrayage sont commandés pour fournir aux dits dispositifs une pression d'huile adaptée pour réaliser le frottement demandé. 11. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que les lois de commande comprennent : - si la température de la boite de vitesse est inférieure à un seuil de température prédéterminé, et - si l'accélérateur est relâché, et si la vitesse est supérieure à un seuil de vitesse prédéterminé, alors les actionneurs de l'un ou plusieurs des dispositifs de frein ou embrayage sont commandés pourfournir aux dits dispositifs une pression d'huile adaptée pour réaliser le frottement demandé. 12. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des échangeurs adaptés pour récupérer de l'énergie dissipée dans la boite de vitesse et participer au chauffage de l'habitacle.10