Brevet FR2935454A1 — publié le 20100305

L'invention se rattache au secteur technique des moyens de commande des boîtes de vitesses, notamment pour véhicules automobiles, et concerne plus particulièrement une boîte automatique pilotée. Ce type de boîte, parfaitement connu pour un homme du métier, est assujetti à différents moyens du type calculateur, actionneur, unité de contrôle électronique, .... pour passer, à volonté, d'un mode manuel à un mode automatique. Dans un mode manuel, on parle des positions M+ et M-(commande séquentielle) pour monter et descendre les vitesses en agissant sur un organe de manoeuvre. Dans un mode automatique, on parle de positions P û R û N û D pour l'engagement et la sélection, à partir de l'organe de commande précité, desdites positions P (frein de parking), R (marche arrière), N (point mort), D (conduite normale avec la totalité des rapports). La commande de ces boîtes pilotées s'effectue, le plus souvent, soit par un levier seul, soit par les palettes seules associées au volant, soit pour la combinaison d'un levier et des palettes. On a proposé également d'assurer cette commande au moyen d'un organe rotatif sous forme d'un bouton, comme il ressort, par exemple, de l'enseignement des documents EP 1.768.009 et WO 2007/076814. Toutefois, ce type de commande, au moyen d'un bouton rotatif, nécessite des moyens spécifiques, d'une part, pour l'indexation angulaire du bouton dans différentes positions correspondant au mode sélectionné et à l'état sélectionné et, d'autre part, des moyens permettant de connaître le positionnement de l'organe. A partir de cet état de la technique, c'est-à-dire d'une commande de boîte de vitesses au moyen d'un bouton rotatif, le problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir, à partir de ce bouton, sélectionner les modes P û R û N û D et M, non pas sur les états stables de ce bouton, comme il ressort de l'état de la technique, mais sur les déplacements entre les états stables de ce bouton. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif selon lequel l'organe est un bouton apte à être entraîné sans limitation en rotation, d'une manière continue, ledit bouton étant assujetti, d'une part, à des moyens aptes à lui assurer une position stable correspondant à l'un des modes P û R û N û D ou M avec, pour chacun d'eux, un signal d'indication lumineuse et, d'autre part, à des moyens de détection de déplacement et du sens de rotation. Selon une autre caractéristique, le bouton est asservi à un élément faisant office de contacteur nécessaire ou non pour autoriser le passage d'un mode à l'autre. Un autre problème important que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir assurer, au bouton de commande, une pluralité de positions stables, sans faire appel à des moyens mécaniques, avec la possibilité de tourner le bouton de 360°, dans un sens ou dans l'autre, et ce de manière continue, c'est-à-dire sans aucune butée par rapport à un support où est monté tournant ledit bouton. Pour résoudre un tel problème, le bouton comprend des moyens du type magnétique décalés angulairement selon des positions prédéterminées sur une partie du bouton et sur une partie du support, et aptes à exercer une force d'attraction créant un effet de billage , avalement puis butée, faisant office de crans correspondant à une position d'indexation angulaire stable, ledit effet de billage étant annulé lors d'un effort exercé sur le bouton, chacune des positions stables correspondant aux différents positions des différents modes. Selon d'autres caractéristiques, les moyens sont constitués par une série d'aimants dont les pôles Nord et les pôles Sud sont disposés en alternance sur la partie correspondante du bouton et du support. La partie du bouton est constituée par une couronne interne, tandis que la partie du support est constituée par une couronne externe, lesdites couronnes étant disposées d'une manière concentrique. Les aimants sont répartis sur la périphérie des couronnes. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir détecter le passage des pôles Sud et des pôles Nord, afin de déterminer le nombre de pas effectués ainsi que le sens de rotation du bouton de commande. Pour résoudre un tel problème, le bouton est assujetti à 2 capteurs pour détecter le changement de position stable et indiquer le sens de rotation. Les capteurs sont constitués par deux capteurs à effet Hall montés à proximité des aimants de la partie tournante du bouton. Selon une forme de réalisation, le bouton est asservi, via des bus de commande et de puissance, à : - un calculateur de pilotage et d'acquisition des données en provenance de la boîte de vitesses,; - un calculateur de gestion de la boîte de vitesses pour la sélection et la gestion des modes P ù R ù N ù D ou M en combinaison avec un actionneur ; - un moyen d'indication visuel des différents modes sous forme de LED. Les signaux effet Hall du bouton sont transmis à un microcontrôleur qui envoie un signal à chacune des LED correspondant aux différents modes et aux différentes positions dans les modes sélectionnés, ledit microcontrôleur étant aussi assujetti à l'élément faisant office de contacteur. Le microcontrôleur notifie au calculateur de pilotage des modes P û R û N û D de la position souhaitée par le conducteur. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective à caractère schématique du bouton rotatif orienté angulairement pour la commande des modes P û R û N û D et M de la boîte de vitesses, avec l'indication des différentes positions P û R û N û DetMpar desLED; - la figure 2 est une vue en perspective avant montage des éléments constitutifs du bouton ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du bouton ; - la figure 4 montre un exemple d'architecture pour l'analyse fonctionnelle du bouton avec les principaux éléments nécessaires à la commande de la boîte de vitesses ; - la figure 5 est un exemple d'architecture de la commande rotative ; - la figure 6 est une décomposition fonctionnelle du bouton rotatif - La figure 7 est un chronogramme de signaux des capteurs à effet Hall pour un mouvement d'une position stable 1 à une position stable 2. Selon une caractéristique à la base de l'invention , le bouton (1) et le support (2) sont assujettis à des moyens de type magnétique, aptes à exercer une force d'attraction, créant l'effet de billage (avalement puis butée) recherché en faisant office de crans, et correspondant à une position d'indexation angulaire stable. L'effet de butée est annulé lorsqu'un effort est exercé sur le bouton (1). Dans ce but, une partie bouton (1) et une partie du support (2) sont équipés d'aimants permanents (3) et (4) dont les pôles Nord et les pôles Sud sont disposés en alternance afin de réaliser la position stable lorsque le pôle Sud d'un aimant est positionné devant le pôle Nord d'un autre aimant. Par exemple, comme le montrent les figures des dessins, le bouton (1) délimite une couronne (la) dont la face interne est équipée des aimants (3) répartis sur sa circonférence et décalés angulairement. D'une manière correspondante, le support fixe (2) présente une couronne (2a) dont la face externe est équipée des aimants (4). A titre indicatif, le montage tournant du bouton (1) par rapport au support (2) s'effectue par une portée coaxiale de centrage (ld) engagée à l'intérieur de la couronne (2a) du support (2). Les couronnes (la) et (2a), respectivement avec l'alternance des aimants (3) et (4), sont donc disposés d'une manière concentrique, les aimants étant répartis sur la périphérie des couronnes. Bien évidemment, le nombre d'aimants (3) et (4) est fonction du nombre de crans souhaités. La fixation des différents aimants sur les couronnes s'effectue par tout moyen connu et approprié. Compte tenu de ces dispositions, en tournant le bouton (1), le pôle Sud de l'un des aimants (3) de la couronne (la) passe devant le pôle Sud de l'un des aimants (4) de la couronne (2a) du support (2) selon un mouvement qui nécessite un effort. Lorsque le pôle Sud passe devant le pôle Nord, les deux aimants se positionnent l'un devant l'autre correspondant à une position stable à partir de laquelle, il est nécessaire de vaincre un effort pour passer à une autre position décalée angulairement. Il résulte de ces caractéristiques que le bouton n'est pas orienté angulairement, mais peut être entraîné, de manière continue, selon 360° dans un sens ou dans l'autre, avec pour objectif de sélectionner les modes P ù R ù N ù D et M non pas sur les états stables de ce bouton, mais sur les déplacements entre les états stables de ce bouton. Ces différents déplacements sont donnés par des indications lumineuses sous forme de LED notamment correspondant, par exemple, aux différentes lettres P ù Rù Nù D et M Les indications correspondent, soit à la volonté du conducteur, soit a la position de la boite Le bouton est asservi à un élément (5) faisant office de contacteur pour autoriser le passage d'un mode à l'autre. Si le contacteur n'est pas activé, le bouton peut tourner mais ne génère pas de changement de mode, donc pas de changement d'indication lumineuse. Il apparaît donc, selon l'invention, que le bouton rotatif (1) permet de sélectionner les modes P ù R ù N ù D et M sur une boîte de vitesses automatique, tout en étant capable de les afficher et de les sélectionner via les différentes LED qui correspondent aux positions P ù R ù N ù D et M. Ainsi, lorsque la boîte est en mode séquentiel M, la rotation du bouton (1), selon le sens horaire, commande la vitesse supérieure, tandis qu'une rotation inverse dudit bouton (1) commande la vitesse inférieure. Pour quitter le mode séquentiel et sélectionner le mode automatique, il convient d'appuyer sur le contacteur (5), puis de tourner le bouton (1) en sens inverse des aiguilles d'une montre. Le bouton permet alors de nouveau de sélectionner les modes P ù R ù N ù Dou M. Comme le montrent les figures des dessins, le contacteur (5) peut être constitué par un poussoir disposé coaxialement au bouton rotatif (1) en constituant le support fixe de ce dernier. On renvoie à la figure 4 qui montre, à titre indicatif nullement limitatif, l'architecture possible pour l'utilisation du bouton de commande et de sélection des vitesses. - Une action sur le bouton rotatif (1), envoie un ordre de commande du mode P û R û N û D et M souhaité par le conducteur. L'information de la position de la boîte de vitesses automatique est récupérée pour afficher, par l'intermédiaire des LED, la position de cette boîte. - Un calculateur UCE SBW d'acquisition de la demande est assujetti au bouton de commande (1) via un bus CAN qui pilote un actionneur SBW suivant l'état du véhicule (sa vitesse par exemple). - L'actionneur SBW permet de positionner le sélecteur de la boîte de vitesses automatique dans un mode P û R û N et D par l'intermédiaire d'une liaison mécanique et électrique. - Le calculateur UCE TCU de gestion de boîte de vitesses automatique, est conformé pour acquérir les signaux tiptronic permettant de sélectionner le mode manuel ou le mode automatique et de gérer le mode séquentiel M+ et M-. Selon une autre caractéristique, le bouton rotatif (1) est assujetti à des capteurs pour détecter chaque position stable et indiquer le sens de rotation. Avantageusement, les capteurs sont constitués par deux capteurs à effet Hall (6) montés à proximité des aimants (3) de la partie tournante (1), à savoir de la couronne interne de ce dernier. Comme le montre la figure 5, les signaux effet Hall du bouton rotatif (1) sont transmis à un microcontrôleur (7) qui envoie un signal à chacune des LED indiquant les différentes positions P ù R ù N ù D et M. Le microcontrôleur est également assujetti à la gâchette de sélection du mode que présentent les boutons. La fonction d'interface entre le bouton rotatif et le microcontrôleur, en combinaison avec les capteurs à effet Hall, permet de détecter le déplacement et le sens de déplacement dudit bouton d'une zone stable 1 vers une zone stable 2. Il ressort d'un chronogramme Fig. 7 des signaux des capteurs à effet Hall, que les fronts descendants permettent de détecter un début de mouvement de la position stable 1 vers la position stable 2, tandis que les fronts montants permettent de confirmer la fin du mouvement de la position stable 1 vers la position stable 2. On renvoie à la décomposition fonctionnelle ci-après, afin de décrire les différentes fonctions, ainsi que les entrants / sortants de ces fonctions, en référence aux synoptiques de la figure 6. Item Nom Description Entrant(s) Sortant(s) FP1.1 Acquisition Acquisition et mémorisation Signal Hard Capteur 1.Temps front dans temps pour chaque Effet Hall 1 descendant effet front montant et descen- Hall 1 dant pour le capteur à effet 2.Temps front hall 1 montant effet Hall 1 des Fronts Effet Hall 1 FP1.2 Acquisition Acquisition et mémorisation Signal Hard Capteur 1.Temps front dans temps pour chaque Effet Hall 2 descendant effet front montant et descen- Hall 2 dant pour le capteur à effet des Fronts Effet Hall 2 hall 2 2.Temps front montant effet Hall 2 FP1.3 Gestion des Fonction de gestion des 1.Temps front 1. Événement mouvements du bouton descendant effet Bouton Rotatif = rotatif. Cette fonction Hall 1 {Pas de mvt 1 Un surveille l'apparition d'un 2.Temps front pas de P vers M front montant sur les deux montant effet Hall (sens horaire) 1 capteurs effets Hall. 1 Un pas de M Dans ce cas cette fonction 3.Temps front vers P (sens va tester : descendant effet anti-horaire)} 1. le temps entre les deux Hall 2 fronts descendants est 3.Temps front dans une plage montant effet Hall temporelle admissible 2 (entre l ms et 1s). Cette plage est liée à la cinématique de bouton rotatif. 2. le temps entre les deux fronts montants est dans une plage temporelle admissible (entre l ms et 1s). Cette plage est liée à la cinématique de bouton rotatif. Puis cette fonction va calculer : 3. le sens de déplacement (P vers M ou M vers P) par rapport aux fronts descendants 4. le sens de déplacement (P vers M ou M vers P) par rapport aux fronts montants Puis cette fonction va tester : 5. la cohérence entre les deux sens de rotation trouvé Enfin, cette fonction va mettre à jour la donnée � Événement Bouton rotatif � II est à noter que la périodicité de traitement d'un mouvement rotatif est suffisamment élevée pour garantir le non perte d'un pas du mouvement rotatif. mouvement s du bouton rotatif (2,5 ms) FP1.4 Gestions de Cette fonction va permettre 1. Événement 1. Commande de mettre à jour Bouton Rotatif = Position Boîte l'information � Position {Pas de mvt 1 Un souhaitée = la commande souhaitée � pas de P vers M {Park 1 Reverse 1 L'algorithme de cette (sens horaire) 1 Neutral 1 Drive 1 fonction est spécifié ci- Un pas de M Manual } dessous (voir FP1.4) vers P (sens 2. Événement II est à noter que la anti-horaire)} Bouton Rotatif = périodicité de traitement de 2. État signal Veille {Pas de mvt 1 Un la commande boîte est / Réveil pas de P vers M suffisamment élevée pour 3. Appui Gâchette (sens horaire) 1 garantir le non perte d'une 4. Appui Frein Un pas de M information Événement 5. Position Boîte vers P (sens Bouton Rotatif à � Un pas Automatique anti-horaire)} de P vers M � ou � Un pas de M vers P �. Boite FP1.5 Gestions de Cette fonction va gérer 1. État signal Veille l'allumage des LEDs de / Réveil position P, R, N, D et M 2. Appui Gâchette ainsi que la LED de la 3. Position Boite gâchette. Automatique Si le signal Veille/Réveil est inactif (demande de mise en veille) alors la séquence de pilotage des LEDS vers P est réalisée. Cette séquence permet d'allumer toutes les Ieds de la position actuelles vers la position finale souhaitée qui est P. Si un mouvement demandant un appui gâchette est réalisé sans cet appui gâchette, alors la séquence de notification d'une mauvaise manipulation est réalisée (clignotement de la LED Gâchette). Sinon la LED correspondant à la position boîte de vitesse est allumée et les autres LEDs sont dans un état allumage faible (type allumage nuit). l'allumage des LEDs P,R,N,D M , FP1.6 Gestion de Cette fonction va permettre 1. Appui frein 1. Commande de recevoir et d'émettre 2. Position Boîte Position Boîte des signaux via le bus Automatique souhaitée = {Park CAN. Attention, les signaux 1 Reverse 1 Neutral CAN sont très liés à 1 Drive 1 Manual } l'architecture retenue : certains signaux CAN pourraient être remplacés par des signaux filaires et inversement. l'envoi et de la réception des trames CAN FP1.7 Pilotaqe Cette fonction permet le 1. Rapport cyclique 1. Signal Nard LED pilotage des LEDs avec un LED P P PWM des LEDs rapport cyclique variable. 2. Rapport cyclique 2. Signal Hard LED LED R R 3. Rapport cyclique 3. Signal Hard LED LED N N 4. Rapport cyclique 4. Signal Hard LED LED D D 5. Rapport cyclique 5. Signal Hard LED LED M M 6. Rapport cyclique 6. Signal Hard Gâchette Gâchette Le fonctionnement du dispositif de commande de la boîte de vitesses au moyen d'un bouton multi-stable, peut être résumé comme suit : - Au démarrage du véhicule, la boite de vitesses est en mode P. La LED correspondante est allumée. - En tournant le bouton, on passe de la position P à la position R puis N, puis D, puis M. A chaque mouvement, les différentes LED indiquent un seul changement. - A l'extinction du véhicule, les différentes LED s'allument, puis s'éteignent successivement depuis la position engagée jusqu'à l'extinction du P, et cela sans que le conducteur soit obligé d'intervenir sur le bouton. L'ordre � Commande Position Boite Souhaitée � sera P permettant ainsi d'avoir un retour en P automatique. Comme indiqué, pour sortir des positions P, N et éventuellement M, ainsi que pour entrer en position N (option), il est nécessaire d'appuyer sur le contacteur (5) positionné sur le bouton (1) ou à proximité de ce dernier. L'appui sur ce contacteur n'est valable que pendant un temps déterminé. La validité de l'appui contacteur sera limitée à un temps déterminé sans changement de mode et sera désactivé dès qu'un nouveau mode sera selectionné. Si l'opérateur tourne le bouton sans avoir appuyé sur le contacteur, alors que cet appui est nécessaire pour modifier la position, la boîte de vitesses ne change pas de mode et l'indication lumineuse ne change pas. Si l'opérateur tourne le bouton pour entrer en position M, sans avoir exercer l'appui nécessaire sur le contacteur, la boîte passe ou reste en position D. Lorsque l'appui sur le contacteur n'est pas effectué, alors que ce dernier est nécessaire, un signal sonore et/ou lumineux avertit le conducteur. Les avantages ressortent bien de la description.