Brevet FR2942441A1 — publié le 20100827

Procédé de détection d'un dysfonctionnement de moyens de synchronisation d'une boîte de vitesses [1]. La présente invention concerne un procédé de détection d'un dysfonctionnement d'un organe de friction d'une boîte de vitesses. L'invention a notamment pour but d'éviter une détérioration de la boîte de vitesses et une prise de risque inutile pour le conducteur et les passagers en cas de dysfonctionnement d'un organe de friction ou d'un synchroniseur de la boîte de vitesses. [2]. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, io mais non exclusive, pour les véhicules munis d'une boîte de vitesses manuelle pilotée équipée d'un ou plusieurs organes de friction. [3]. Plus précisément, ce type de véhicule décrit dans la demande de brevet français numéro FR-0755178 comporte une chaîne de traction formée par un dispositif de propulsion (formé par un moteur thermique et/ou une 15 machine électrique), un embrayage et une boîte de vitesses qui entraîne les roues du véhicule. L'embrayage est relié d'une part au dispositif de propulsion et d'autre part à la boîte de vitesses, elle-même reliée aux roues. [4]. La boîte de vitesses comporte un arbre primaire relié à l'embrayage et un arbre secondaire relié aux roues du véhicule via le rapport 20 de différentiel, ces deux arbres étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'engrenages formant les rapports de vitesse. [5]. Chaque engrenage comporte un pignon lié en rotation à un des arbres et un pignon fou monté sur l'autre arbre. Des manchons de crabotage sont utilisés pour lier sélectivement les pignons fous à l'arbre sur lequel ils 25 sont montés afin d'assurer un passage de vitesse. On parle de crabotage lorsque le manchon entre en coopération avec le pignon fou de sorte qu'un rapport de vitesse est engagé, et de décrabotage lorsque le manchon se dégage du pignon fou de sorte que le rapport est désengagé. [6]. Par ailleurs, le dispositif de transmission comporte un organe de 30 friction capable d'égaliser les vitesses de rotation des arbres par frottement positionné sur le rapport final de démultiplication et/ou sur un rapport intermédiaire. L'organe de friction est utilisé pour transmettre du couple par glissement lors des changements de rapports. [7]. Contrairement aux applications de type � synchro � mettant en oeuvre des synchroniseurs sur chaque rapport de vitesse, lors d'un changement de rapport, la vitesse différentielle, c'est à dire la différence de régime de rotation entre les deux pièces, est importante du début jusqu'à la fin de la sollicitation, alors qu'un couple est transmis par glissement (ce couple proportionnel à l'effort axial appliqué par la commande interne). L'énergie dissipée est donc très importante et il y a donc un risque que la io température s'élève très rapidement. [8]. La rotation des arbres et pignons associés engendre la circulation d'huile au niveau de l'organe de friction et des rapports à engrener, ce qui permet de refroidir les pièces et dissiper l'énergie produite. [9]. Le problème évoqué ici concerne un risque d'échauffement 15 anormal de l'organe de friction pouvant mener à un phénomène de soudure d'éléments internes à l'organe de friction, ce qui peut aboutir à une immobilisation du véhicule, par exemple par double engagement de rapport. [10]. L'exemple à risque typique est le suivant : le conducteur effectue plusieurs changements de rapports à hauts niveaux de couple et de régime, 20 ce qui aboutit à un échauffement conséquent. Il stoppe ensuite le véhicule de façon très rapide en arrêtant le moteur, ce qui stoppe par la même occasion la lubrification de l'organe et donc son refroidissement. [11]. Si la température est montée à un niveau élevé entraînant dans le pire des cas la fusion de certains composants (soudure) ou une dilatation 25 importante pouvant mener à un blocage des pièces, les composants de l'organe de friction (bagues de friction lorsque l'organe de friction est de type multi-cônes) risquent de se solidariser entre eux pendant le refroidissement. [12]. Lors du redémarrage du véhicule, si l'organe de friction est bloqué, le rapport sur lequel est positionné l'organe est verrouillé de façon définitive. 30 Il est toutefois encore possible d'engager un autre rapport par une volonté conducteur si rien n'est fait pour vérifier que l'organe de friction n'est pas bloqué. En cas de blocage de l'organe de friction, deux rapports peuvent donc être engagés simultanément. [13]. Lorsque le conducteur demandera la mise en mouvement du véhicule, le calculateur du véhicule demandera donc à l'embrayage de se refermer progressivement pour transmettre du couple et � décoller � le véhicule, c'est-à-dire le mettre en mouvement. Etant donné que deux rapports sont engagés dans la boîte de vitesses, la consigne de couple à transmettre par l'embrayage augmentera jusqu'à ce que le véhicule soit mis en mouvement, ce qui est impossible. Cette opération mènera à la io détérioration de l'embrayage et/ou à la rupture d'un élément qui maintient les deux rapports engagés, ce qui engendre un risque important au niveau de la sécurité des utilisateurs si le véhicule est soudainement mis en mouvement après la rupture d'un autre composant. [14]. L'objectif de la présente invention est de proposer une stratégie de 15 contrôle lors de chaque redémarrage du moteur permettant de supprimer le risque de casse et d'assurer la sécurité des utilisateurs. [15]. L'invention consiste ainsi à procéder à une vérification de l'état de la boîte de vitesses avant même d'autoriser l'engagement d'un rapport. Ainsi, dès le démarrage du moteur, tous rapports désengagés, le calculateur 20 demande à l'embrayage de transmettre progressivement du couple afin de vérifier que cela n'engendre pas la rotation des roues du véhicule. [16]. Si aucune rotation des roues n'est observée, cela signifie que l'organe de friction n'est pas détérioré. [17]. En revanche, si une rotation des roues est observée, cela signifie 25 que l'organe de friction a subi une détérioration. Dans ce cas, le calculateur est en mesure d'interdire la mise en mouvement, afin de protéger les autres composants mécaniques de la boîte de vitesses, et au-delà d'assurer la sécurité des utilisateurs. [18]. Il est possible d'envisager un mode dégradé permettant de faire 30 rouler le véhicule sur le seul rapport sur lequel se trouve l'organe de friction. [19]. L'invention concerne donc un procédé de détection du dysfonctionnement de moyens de synchronisation installés à l'intérieur d'une boîte de vitesses comportant : - un arbre primaire destiné à être relié à un dispositif de propulsion par l'intermédiaire d'au moins un embrayage, et au moins un arbre secondaire destiné à être relié aux roues du véhicule, - ces deux arbres étant reliés entre eux par des engrenages formant les rapports de vitesse, ces engrenages comportant chacun un pignon solidaire en rotation d'un des arbres et un pignon fou monté sur l'autre arbre qui engrènent entre eux, io - des manchons de crabotage associables chacun à au moins un pignon fou, ces manchons de crabotage assurant le changement des rapports de vitesse, et - des moyens de synchronisation pour synchroniser un manchon de crabotage et le pignon du rapport à engrener avant de réaliser le crabotage, 15 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - après le démarrage du dispositif de propulsion, tous les rapports de vitesse étant désengagés, on commande une fermeture progressive de l'embrayage, et - si une rotation des roues est observée, cela signifie que les moyens de 20 synchronisation ont subi une détérioration, et dans ce cas, on met le véhicule en mode de sécurisation. [020]. Selon une mise en oeuvre, les moyens de synchronisation sont formés par un organe de friction installé sur le rapport de vitesse le plus élevé ou un rapport de vitesse intermédiaire. 25 [021]. Selon une mise en oeuvre, les moyens de synchronisation sont formés par des synchroniseurs intégrés dans chaque manchon de crabotage. [22]. Selon une mise en oeuvre, l'étape de mise en mode de sécurisation du véhicule consiste à interdire la mise en mouvement de ce 30 véhicule. [23]. Selon une mise en oeuvre, l'étape de mise en mode de sécurisation du véhicule consiste à autoriser le roulage du véhicule sur le seul rapport sur lequel est installé le moyen de synchronisation défaillant. [024]. Selon une mise en oeuvre, l'organe de friction est un synchroniseur classique par exemple de type � Borg Warner � ou � New Process � de grande capacité énergétique, ou un embrayage de type multicônes, multidisques, humide, ou même un embrayage sec. [025]. Selon une mise en oeuvre, les crabots des pignons fous présentent un profil auto-éjectant. [26]. Selon une mise en oeuvre, la boîte de vitesses présente 6 rapports de vitesse. [27]. Selon une mise en oeuvre, la mise en mouvement du véhicule peut io être détectée au moyen des capteurs ABS ou ESP du véhicule. [28]. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des Figures qui l'accompagnent. Ces Figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : 15 [029]. Figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif de transmission mettant en oeuvre le procédé selon l'invention ; [30]. Figure 2 : un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention. [31]. Les éléments identiques conservent la même référence d'une 20 figure à l'autre. [32]. La Figure 1 montre une chaîne 1 de traction d'un véhicule automobile formée par un moteur 2 thermique, un embrayage 3, une boîte 4 de vitesses délimitée par une ligne fermée discontinue, et des axes de sortie d'un différentiel 6 vers les roues 5. L'embrayage 3 est relié d'une part au 25 moteur 2 thermique et d'autre part à la boîte 4 de vitesses. Le différentiel 6 assure la liaison entre l'arbre secondaire 8 et les roues 5 du véhicule. [33]. En variante, la chaîne 1 de traction est complétée par une machine électrique (non représentée) positionnée sur l'arbre 7 d'entrée de la boîte 4 de vitesses entre l'embrayage 3 et la boîte 4 de vitesses. [34]. Plus précisément, la boîte 4 de vitesses comporte un arbre 7 primaire relié à l'embrayage 3 et un arbre 8 secondaire relié aux roues 5. Ces deux arbres 7 et 8 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'engrenages formant les rapports de vitesse 1 à 6 encadrés sur la figure. Les rapports de s 1 ère, 2ème 3ème et 5ème sont formés chacun par un pignon 10-13 entraîné par l'arbre 7 primaire et un pignon fou 15-18 relié à l'arbre 8 secondaire. Tandis que les rapports de 4ème et 6ème sont formés chacun par un pignon 21-22 entraîné par l'arbre 8 secondaire et un pignon fou 23-24 relié à l'arbre 7 primaire. Pour simplifier la représentation, le rapport de marche arrière n'a io pas été représenté sur la figure. [35]. Les rapports de vitesses sont rassemblés par paire avec un seul manchon de crabotage 27-29 par paire, ces manchons 27-29 engageant l'un des deux pignons fous des engrenages par déplacement dans une direction et l'autre pignon par déplacement dans l'autre direction. 15 [036]. Ces paires de pignons sont agencées d'une manière permettant d'engager deux rapports numériquement successifs avec des manchons différents: par exemple et de manière non limitative (1-4 ; 2-5 ; 3-6) ou (1-3 ; 4-6 ; 2-5) comme représenté. Ainsi, les manchons 27 et 28 montés sur l'arbre secondaire 8 sont respectivement positionnés entre les rapports de 20 lere et 3ème et entre les rapports de 2ème et de 5ème Tandis que le manchon 29 monté sur l'arbre 7 primaire est positionné entre les rapports de 4ème et de 6ème Les crabots des pignons fous associés aux manchons de crabotage présentent de préférence un profil auto-éjectant, comme ceux décrits dans la demande de brevet français numéro FR-0755178. En variante, l'ordre des 25 rapports peut bien entendu être différent de celui représenté et les manchons 37-39 de crabotage peuvent présenter un profil qui n'est pas auto-éjectant. [037]. En outre, un organe 31 de couplage par frottement, dit organe de friction, est monté sur le rapport le plus élevé, ici le rapport de 6ème Cet organe 31 de friction a pour rôle d'égaliser les vitesses lors des changements 30 de rapports montants (autrement dit d'amener le manchon de crabotage et le pignon à engrener à des vitesses de rotation identiques avant de réaliser le crabotage) tout en permettant la transmission de couple lors de ces changements de rapport. [038]. L'organe 31 de friction peut être par exemple un synchroniseur classique (par exemple de type � Borg Warner � ou � New Process �) de grande capacité énergétique, mais aussi un embrayage de type multicônes, multidisques, humide, ou même un embrayage sec. [039]. Par ailleurs, un ou plusieurs calculateurs 33 assurent la commande du moteur 2, de l'embrayage 3, des manchons 27-29, et de l'organe 31 de friction. [40]. En variante, on crée un rapport de démultiplication supplémentaire ne servant que pour la fonction de dérivation de couple et d'égalisation des io vitesses lors du changement de rapport de vitesse. [41]. En variante, l'organe 31 est associé au rapport de 4ème ou de 5ème, ou tout autre rapport. [42]. En variante, la boîte 4 de vitesses comporte un deuxième arbre secondaire (non représenté), les paires de pignons fous étant alors réparties 15 entre ces trois arbres [43]. En variante, l'organe 31 est positionné sur un 3ème arbre correspondant à celui de marche arrière, ce 3ème arbre ne portant pas nécessairement les pignons fous de marche avant. [44]. Lors d'un passage d'un rapport N vers N+1, l'organe 31 de friction 20 transmet progressivement du couple par glissement (on utilise le fait que l'arbre 7 primaire lié au moteur 2 évolue à une vitesse de rotation plus importante que celui du pignon moteur du rapport final N+1) jusqu'à provoquer la chute du régime d'arbre 7 primaire. [45]. Cette chute de régime permet au rapport N d'être 25 automatiquement désengagé de manière mécanique et d'engager le rapport N+1 alors que du couple est transmis par le rapport final. Dès que le rapport N+1 est engagé, l'organe 31 de friction est progressivement désactivé et le couple est intégralement transmis par le rapport N+1. [46]. La rotation des arbres 7 et 8 et des pignons associés engendre la 3o circulation d'huile au niveau de l'organe 31 de friction et des rapports à engrener, ce qui permet de refroidir les pièces et dissiper l'énergie produite lors des changements de rapport. [47]. Si le conducteur effectue plusieurs changements de rapports à hauts niveaux de couple et de régime, on observe un échauffement conséquent au niveau de l'organe 31 de friction, de sorte que si l'utilisateur stoppe ensuite le véhicule de façon très rapide en arrêtant le moteur, cela stoppe par la même occasion la lubrification de l'organe 31 de friction et donc son refroidissement. [48]. Si la température est montée à un niveau élevé entraînant la fusion io de certains composants ou une dilatation importante des composants de l'organe 31, ces composants pourraient se solidariser les uns avec les autres lors du refroidissement de l'organe 31. [49]. L'invention consiste à procéder à une vérification de l'état de la boîte 4 de vitesses avant même d'engager un rapport de vitesse de 1 ère ou 15 de marche arrière, afin d'assurer la sécurité de l'utilisateur du véhicule et d'éviter tout risque de détérioration du dispositif 1 de traction. [50]. A cet effet, comme montré sur la Figure 2, après que le moteur 2 a été démarré par l'utilisateur dans une étape 35, tous les rapports de vitesse étant désengagés, le calculateur 33 demande à l'embrayage 3 de se fermer 20 progressivement dans une étape 37. [51]. Ensuite dans une étape 38, le calculateur 33 observe si les roues sont entraînées en rotation ou non suite à cette fermeture progressive de l'embrayage 3. La mise en mouvement du véhicule peut être détectée au moyen des capteurs ABS ou ESP du véhicule. Si aucune rotation des roues 25 5 n'est observée, cela signifie que l'organe 31 de friction n'est pas détérioré (il n'est pas bloqué) et que le passage d'un rapport de vitesse (1 ère ou marche arrière) pourra être autorisé au cours de l'étape 41. [52]. En revanche, si une rotation des roues 5 est observée, cela signifie que l'organe 31 de friction a subi une détérioration telle que le véhicule est 30 bloqué en 6ème Dans ce cas, le calculateur 33 est en mesure, dans une étape 43, de mettre le véhicule en mode de sécurisation afin de protéger les autres composants mécaniques de la boîte 4 de vitesses, et au-delà d'assurer la sécurité des utilisateurs du véhicule. [53]. Dans ce mode de sécurisation, soit le calculateur 33 interdit dans une étape 44 la mise en mouvement du véhicule, soit le calculateur 33 autorise le roulage du véhicule uniquement sur le rapport sur lequel est installé l'organe 31 de friction, ici le rapport de 6ème [54]. On note que l'invention peut également être mise en oeuvre avec les boîtes de vitesses à synchroniseurs classiques. En effet, même si l'immobilisation du véhicule est peu probable du fait du faible niveau de io couple transmis par un synchroniseur conventionnel, il est également possible de gripper un synchroniseur et donc d'avoir un rapport engagé au démarrage. Dans ce cas, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre avec la boîte 4 de vitesses de la Figure 1 dans laquelle les manchons 27-29 de crabotage simples ont été remplacés par des manchons de crabotage munis 15 de synchroniseurs et l'organe 31 a été supprimé. REVENDICATIONS1. Procédé de détection du dysfonctionnement de moyens de synchronisation installés à l'intérieur d'une boîte (4) de vitesses comportant : - un arbre (7) primaire destiné à être relié à un dispositif (2) de propulsion par l'intermédiaire d'au moins un embrayage (3), et au moins un arbre (8) secondaire destiné à être relié aux roues (5) du véhicule, - ces deux arbres (7, 8) étant reliés entre eux par des engrenages formant les rapports de vitesse, ces engrenages comportant chacun un io pignon (10-12, 21, 22) solidaire en rotation d'un des arbres et un pignon fou (15-17, 23, 24) monté sur l'autre arbre qui engrènent entre eux, - des manchons de crabotage (27-29) associables chacun à au moins un pignon fou, ces manchons de crabotage (27-29) assurant le changement des rapports de vitesse, et 15 - des moyens de synchronisation pour synchroniser un manchon de crabotage et le pignon du rapport à engrener avant de réaliser le crabotage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - après le démarrage du dispositif (2) de propulsion, tous les rapports de vitesse étant désengagés, on commande (37) une fermeture progressive 20 de l'embrayage (3), et - si une rotation des roues (5) est observée, cela signifie que les moyens de synchronisation ont subi une détérioration, et dans ce cas, on met (43) le véhicule en mode de sécurisation. 25 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation sont formés par un organe (31) de friction installé sur le rapport de vitesse le plus élevé ou un rapport de vitesse intermédiaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les 30 moyens de synchronisation sont formés par des synchroniseurs intégrés dans chaque manchon (27-29) de crabotage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de mise en mode de sécurisation du véhicule consiste à interdire (44) 35 la mise en mouvement de ce véhicule. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de mise en mode de sécurisation du véhicule consiste à autoriser le roulage du véhicule sur le seul rapport sur lequel est installé le moyen de synchronisation défaillant. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe (31) de friction est un synchroniseur classique par exemple de type � Borg Warner � ou � New Process � de grande capacité énergétique, ou un io embrayage de type multicônes, multidisques, humide, ou même un embrayage sec. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les crabots des pignons fous (15-17, 23, 24) présentent un profil auto- 15 éjectant. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boîte (4) de vitesses présente 6 rapports de vitesse. 20 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la mise en mouvement du véhicule peut être détectée au moyen des capteurs ABS ou ESP du véhicule.