Brevet FR2914383A1 — publié le 20081003

PROCEDE DE DEFINITION D'UNE GRILLE INTERNE DE BOITE DE VITESSES La présente invention concerne un procédé destiné à être mis en oeuvre dans le cadre de la définition d'une commande interne de boîte de vitesses manuelle d'un véhicule automobile. Dans le cadre de la conception à agrément objectif d'un véhicule, la prestation de la commande à boîte de vitesses fait partie des éléments nécessitant une attention particulière. En effet, cette prestation apparaît comme une de celles qui fait naître le plus de critiques parmi les utilisateurs de véhicules. L'élément le plus influent dans la prestation de la boîte de vitesses est la forme de la grille de passage des vitesses. Cette grille correspond à la combinaison des différents déplacements longitudinaux, transversaux ou en diagonale effectués par le doigt de passage, relié au boîtier de vitesses, et qui permet de commander les changements de rapport. La forme de cette grille doit permettre d'assurer un bon compromis entre la permissivité, permettant de réaliser aisément les passages en biais, et la sécurité pour interdire l'engagement simultané de deux rapports au-delà d'une certaine vitesse, ce qui pourrait conduire à une détérioration des éléments constituant la boîte de vitesses. Dans l'état de l'art, il existe de nombreuses techniques permettant de définir cette grille. Ainsi, on peut citer des méthodes dans lesquelles on mesure les déplacements d'un levier de vitesses, en utilisant différents types de capteurs. Par exemple, on peut utiliser des capteurs angulaires attachés au pommeau du levier de vitesse. Toutefois, ces méthodes sont longues et coûteuses à mettre en oeuvre, car elles nécessitent une installation volumineuse des capteurs à bord d'un véhicule. Pour remédier à cet inconvénient, d'autres techniques ont été proposées, dans lesquelles les mesures des mouvements de la boîte de vitesses sont effectuées sans installer d'instruments à l'intérieur du véhicule. Les mesures sont, par exemple, effectuées par un laser à triangulation, ou à partir d'un film vidéo des mouvements de la boîte réalisé par une caméra, et ultérieurement analysé par des moyens de traitement des données. Ces techniques présentent l'inconvénient commun de nécessiter une réalisation physique de la boîte de vitesses pour effectuer les mesures et définir la grille. Ainsi, il est nécessaire de fabriquer un grand nombre de prototypes avant d'obtenir une grille optimale. Ces nombreuses itérations sont coûteuses aussi bien en termes de temps que d'argent. On a donc envisagé, pour remédier à cela, d'utiliser un outil de modélisation et de simulation permettant une définition complète de la grille avant toute réalisation physique. Ainsi, l'invention concerne un procédé de définition d'une grille de passage de boîte de vitesses, comprenant les étapes suivantes : - on modélise la boîte de vitesses destinée à recevoir la grille, - on simule et on enregistre, pour chaque passage de rapport envisageable dans la boîte de vitesses, les mouvements des différentes pièces, - à partir de ces enregistrements, on définit un contour de la grille autorisant l'ensemble des passages de rapport. 30 Ce procédé est, par exemple, mis en oeuvre par un produit logiciel de conception assistée par ordinateur, par exemple un outil développé en utilisant un langage de programmation tel que CATIA. Dans toute la présente demande, on entendra par modélisation la création d'un modèle, par exemple en deux ou trois dimensions, de la boîte de vitesses pour laquelle on souhaite définir une grille. Ce modèle correspond à une représentation d'objets physiques sous une forme compréhensible par un outil de traitement de données ou un outil de simulation utilisé pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par simulation, on entendra le fait de reproduire les mouvements et déplacements ayant lieu dans une boîte de vitesses, cette reproduction étant effectuée à partir d'un modèle de cette boîte. Pour effectuer la modélisation de la boîte de vitesses, il est possible, notamment dans le cas de la mise en oeuvre par un produit logiciel, d'effectuer les étapes suivantes : - tout d'abord, on choisit, dans une bibliothèque d'éléments, les éléments formant la boîte de vitesses, et -on positionne et on assemble ces éléments de façon à former la boîte de vitesses. La bibliothèque d'éléments consiste, par exemple, en un 25 ensemble de données numériques enregistrées dans une mémoire d'un ordinateur, et représentant des objets physiques de la boîte de vitesses. Ces éléments de la bibliothèque sont, par exemple, compris dans le groupe comprenant : un levier de vitesse, un doigt de passage, des fourchettes, des arbres, des pignons, des manchons baladeurs, des coulisseaux, une clé 30 d'interverrouillage, et des synchroniseurs, ... Ainsi, le modèle en deux ou trois dimensions est constitué de groupes de données représentant les différents objets physiques compris dans la boîte modélisée, et liés entre eux de façon à reproduire les liaisons réelles. 20 L'avantage de ce procédé est qu'il est applicable quel que soit le type de boîte de vitesses puisqu'il est possible, au cours de l'étape de modélisation, de choisir les éléments et de les assembler pour modéliser tout type de boîte. Après avoir effectué la modélisation, on effectue une simulation dynamique, qui consiste à simuler tous les mouvements des pièces qui peuvent intervenir lors des différents passages de rapports de vitesse. A chaque étape de la simulation, on enregistre l'ensemble des déplacements des pièces. Ainsi, on dispose d'enregistrements permettant de faire apparaître les différentes contraintes de déplacement qui doivent être prises en compte dans la définition de la grille. Il est notamment utile de prendre en compte, dans certaines réalisations, les débattements et les jeux mis en évidence lors de la 15 simulation des mouvements des pièces. En effet, un des objectifs de l'invention est de fournir un procédé permettant de réaliser une grille qui soit la moins floue possible, c'est-à-dire une grille qui permette un guidage précis des mouvements, sans battement ou jeu qui pourrait conduire à une usure prématurée des pièces. Ainsi, le 20 fait de mettre en évidence les jeux inhérents aux différentes pièces permet d'en tenir compte afin de canaliser précisément les mouvements des éléments qui le nécessitent, et ainsi d'éliminer ces jeux. Par ailleurs, le fait de canaliser précisément les mouvements des 25 pièces permet d'optimiser les passages de rapport en diminuant les temps de passage, ce qui augmente les prestations de la boîte de vitesses. Le procédé est donc tel qu'il permet de définir la grille la plus fine et précise possible, tout en autorisant l'ensemble des passages de rapport. 30 Par ailleurs, il est utile, dans un tel procédé, de diminuer les largeurs des couloirs d'engagement des vitesses. En effet, ainsi qu'expliqué précédemment, un des objectifs de l'invention est de permettre la définition d'une grille telle que le confort d'utilisation de la boîte de vitesses, ressenti par les utilisateurs, soit le meilleur possible. Or, si un couloir d'engagement 35 est trop large, cela donnera à l'utilisateur une impression d'imprécision générale de la boîte de vitesses, puisqu'il ressentira une différence d'un changement de rapport à l'autre. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que les pièces ne sont pas réalisées physiquement, et qu'il est donc rapide et peu coûteux d'y apporter des modifications au fur et à mesure de la simulation. Ainsi, dans une réalisation, le procédé comprend l'étape de modifier la forme d'une pièce modélisée, pour remédier à un dysfonctionnement mis en évidence au cours de la simulation. Cette application sera ultérieurement décrite sur un exemple précis. L'invention permet également de prendre en compte des exigences spécifiques de certaines pièces lors de la définition de la grille. En effet, il est possible, à l'issue de la simulation, de n'enregistrer et de ne traiter que les déplacements d'une pièce en particulier, sans tenir compte des autres. Ainsi, on peut définir une grille optimale pour une pièce indépendamment du reste de la boîte. Dans ce cas, on peut donc choisir de définir la grille complète en combinant des grilles indépendantes réalisées pour chacune des pièces de la boîte de vitesses. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ces modes de réalisation, cette description étant effectuée à titre non limitatif à l'aide des figures sur lesquelles : - la figure 1 représente un exemple de grille de boîte de vitesses, - la figure 2 montre un exemple de définition d'une telle grille en utilisant un moyen de simulation, - les figures 3 à 10 montrent différentes étapes mise en oeuvre pour la définition d'une grille par un procédé conforme à l'invention, dans le cas où on détecte un dysfonctionnement potentiel. La figure 1 montre une grille d'une boîte de vitesses à commande manuelle, comportant six rapports de vitesse (1 à 6) auxquels vient s'ajouter la marche arrière (MAR). Ainsi, la grille comporte sept couloirs d'engagement de vitesses 7a à 7g, ainsi qu'un couloir central 8 de sélection de rapport. Sur cette figure est représenté le passage de la deuxième vitesse à la troisième, ou inversement. Il apparaît que la grille a été définie au plus près du mouvement de changement de rapport, puisque la ligne de déplacement est tangente à la grille en différentes zones, notamment aux points 9 et 10. Ainsi qu'expliqué auparavant, le procédé est avantageusement mis en oeuvre en utilisant un produit logiciel programmé, par exemple, en avec un outil de type CATIA. Dans ce cas, la définition de la grille consiste à la génération d'un dessin de cette grille, ainsi que montré sur la figure 2. On voit apparaître les sept couloirs d'engagement de vitesses ainsi que le couloir central de sélection de vitesses, comme sur la grille montrée en figure 1. Les figures 3 à 10 montrent une application du procédé dans le cas où un dysfonctionnement du à une pièce est détecté. En effet, lors de la modélisation d'une boîte de vitesses, telle que montrée sur la figure 3, on met en place un doigt de passage 11 ainsi qu'une clé d'interverrouillage 12 destinée à empêcher l'engagement de plusieurs rapports simultanément. Au cours de la simulation, les enregistrements des mouvements des pièces permettent de tracer un contour de grille similaire à celui de la figure 4. Or, il apparaît sur cette figure une forme spécifique 13, due à cette clé d'interverrouillage, entre les couloirs d'engagement des vitesses 3 et 5. L'origine de cette forme spécifique est aisément identifiable en utilisant un procédé selon l'invention, puisqu'il est possible d'enregistrer le contour de la grille uniquement du point de vue de la clé d'interverrouillage. Sur ce contour, illustré sur la figure 5, on voit apparaître la forme spécifique 13 repérée sur le contour de la grille complète. Cette forme spécifique illustre le fait que des dysfonctionnements sont susceptibles d'apparaître lors d'un changement de rapport de la vitesse 4 vers la vitesse 5, ou inversement, puisque le passage en biais risque d'être difficile. Pour remédier à cet inconvénient, plusieurs solutions sont envisageables. Le procédé selon l'invention est tel qu'il permet de tester rapidement ces différents solutions afin d'envisager la meilleure. Ainsi, on peut, dans une première solution, modifier la forme du doigt de passage 11 de la boîte de vitesses, ainsi que montré sur la figure 6. Dans ce cas, les contours de la grille du point de vue de la clé 12, et de la grille complète sont respectivement montrés sur les figures 7a et 7b. Dans une deuxième solution, on peut choisir de modifier directement la forme de la clé 12, ainsi que montré sur la figure 8. Les contours de grille alors obtenus sont montrés sur la figure 9a pour la grille de la clé, et sur la figure 9b pour la grille complète. On constate, dans les deux cas de figures, que le risque de dysfonctionnement a été fortement diminué, puisque les nouveaux contours déterminés montrent un passage en biais beaucoup plus aisé, ce qui permet d'augmenter l'agrément d'un conducteur lors de ces passages de vitesses. Au vu de cet exemple, il est possible de mettre en évidence de nombreux avantages de l'invention par rapport aux méthodes existantes de réalisation de grilles : - la prestation de la boîte de vitesses est améliorée par une optimisation fine de la grille, - le temps de calcul court permet de modifier les pièces et de retracer les grilles rapidement jusqu'à arriver à l'objectif d'agrément, - le dessin précis de la grille permet de localiser précisément l'origine des dysfonctionnements éventuels, et - il n'est pas nécessaire de réaliser un grand nombre de prototypes ; en effet, en utilisant une méthode existante, il aurait fallu réaliser un prototype pour chacune des modifications de pièce envisagées, ce qui aurait été relativement coûteux en termes de temps et d'argent.35 Un procédé selon l'invention permet également de déterminer des modifications à envisager sur certaines pièces pour éviter les dysfonctionnements dus à l'interaction avec d'autres pièces. En effet, lorsqu'on ajoute une nouvelle pièce dans une boîte de vitesses, il peut se produire certaines incompatibilités de mouvement, puisqu'il est possible que certains déplacements soient rendus impossibles par le positionnement des pièces entre elles. Ces incompatibilités sont aisément mises en évidence en utilisant l'invention, ainsi que montré sur la figure 10, puisqu'il est possible de définir les contours de grille pour chacune de ces pièces. Dans le cas illustré ici, la courbe 16 représente la grille d'une clé d'interverrouillage, et la courbe 17 représente une grille d'une mini-grille. Une mini-grille sert à diminuer le jeu de sélection en position vitesse engagée. Elle a donc un rôle important dans l'amélioration de l'agrément de la boîte de vitesses. L'outil permet ainsi d'intégrer une mini- grille tout en vérifiant qu'elle ne vient pas gêner le fonctionnement de la boîte de vitesses. Du fait des déplacements des pièces imposés par la présence de la clé, la marge restante lors de l'entrée dans la mini-grille, pour la vitesse 4, est relativement restreinte. En conséquence, il apparaît nécessaire de modifier la clé d'interverrouillage pour agrandir le couloir d'engagement du uniquement à cette clé, afin d'augmenter la marge d'entrée dans la minigrille. En utilisant les outils de définition existants, il n'aurait pas été possible de mettre en évidence le dysfonctionnement potentiel avant toute réalisation physique d'un prototype, ce qui aurait nécessairement engendré des coûts importants. REVENDICATIONS 1. Procédé de définition d'une grille de passage de boîte de vitesses, comprenant les étapes suivantes : - on modélise la boîte de vitesses destinée à recevoir la grille, - on simule et on enregistre, pour chaque passage de rapport dans la boîte de vitesses, les mouvements des différentes pièces formant cette boîte, et - à partir de ces enregistrements, on calcule un contour de la grille autorisant l'ensemble des passages de rapport. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant, pour la modélisation de la boîte de vitesses, les étapes suivantes : - on choisit, dans une bibliothèque d'éléments, les éléments représentatifs des pièces formant la boîte de vitesses, et - on positionne et on assemble ces éléments de façon à former la boîte. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant l'étape, pour définir le contour de grille, de prendre en compte les débattements et les jeux mis en évidence lors de la simulation des mouvements des pièces. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant l'étape, lors de la définition de la grille, de modifier la forme d'une pièce modélisée, pour remédier à un dysfonctionnement mis en évidence au cours de la simulation. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel, pour définir la grille, on prend en compte des exigences spécifiques de certaines pièces. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour définir la grille, on combine plusieurs grilles définies pour différentes pièces. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les étapes sont mises en oeuvre en utilisant un moyen de conception assistée par ordinateur.