Brevet FR2951126A1 — publié le 20110415

PROCEDE DE PROTECTION D'UN DIFFERENTIEL DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un procédé de protection d'un différentiel de transmission de puissance d'un véhicule automobile, ainsi qu'une fonction anti-patinage, et un véhicule automobile comprenant un tel procédé. La puissance générée par le moteur d'un véhicule automobile est généralement transmise par une transmission mécanique comprenant différents rapports de transmission, à un différentiel de répartition de la puissance vers les deux roues motrices d'un même essieu. La motorisation du véhicule peut comporter notamment un moteur thermique, une machine électrique, ou une motorisation hybride associant ces deux types de moteur. La motorisation du véhicule peut comprendre un moteur disposé transversalement à l'avant du véhicule, avec une transmission placée axialement en bout de ce moteur thermique, qui est couplée mécaniquement à un différentiel entraînant les roues de l'essieu avant. La motorisation peut comprendre aussi un moteur et une transmission placés longitudinalement, qui est couplée mécaniquement à un différentiel placé entre les roues arrière motrices du véhicule. La transmission peut être réalisée de manière connue, et comprendre notamment une boîte de vitesses manuelle, une boîte de vitesses mécanique pilotée, une boîte de vitesses à double embrayage, une boîte automatique ou encore une transmission à variation continue. Le différentiel comporte généralement un boîtier tournant autour d'un axe, supportant une couronne recevant le mouvement de la transmission. Le boîtier contient un axe porte-satellites transversal de guidage de deux pignons satellites, qui engrènent avec deux pignons planétaires de sortie centrés sur l'axe du différentiel. Chaque pignon planétaire entraîne un arbre de roue, qui transmet le mouvement du différentiel à une roue motrice. Quand le différentiel comporte un glissement interne des pignons du à une différence de vitesse des roues motrices, il se produit des frottements internes venant notamment du guidage des différents pignons sur le boîtier, qui doit alors dissiper une certaine puissance. Cette puissance est sensiblement proportionnelle au produit de la différence de vitesse du différentiel par le couple reçu de la transmission, qui génère les forces d'appui des pignons sur le boîtier. Les véhicules automobiles peuvent comporter par ailleurs une fonction d'anti-patinage appelée « ASR », utilisant un système de contrôle de stabilité du véhicule appelé « ESP », pour agir sur le contrôle du moteur et sur chaque frein de roue individuellement, afin de limiter le glissement d'une roue motrice comportant une faible adhérence au sol. De cette manière, on peut freiner la roue motrice comportant une faible adhérence pour limiter sa vitesse, tout en réduisant si nécessaire le couple délivré par le moteur, pour reporter ce couple moteur sur l'autre roue motrice et maintenir un effort de traction du véhicule. L'énergie délivrée par les frottements internes du différentiel se transforme en chaleur. La température de ce différentiel peut alors augmenter de manière importante, et le différentiel peut se dégrader. Ce problème devient plus important avec les nouveaux systèmes d'antipatinage, qui permettent une conduite prolongée dans des conditions de roulage difficile générant une différence de vitesse des roues motrices d'un même essieu, par exemple sur une voie couverte de boue. Un procédé connu de limitation de l'énergie dissipée dans un différentiel, présenté notamment dans le document US-A-5741051, consiste à mettre en oeuvre des estimations de l'état du différentiel à partir du couple moteur ou de la différence de vitesse des roues motrices, pour calculer une puissance générée par ce différentiel. En fonction de valeurs prédéterminées qui peuvent évoluer, on limite alors le couple moteur ou la différence de vitesse, pour éviter une dégradation du différentiel. Un problème qui se pose avec un tel procédé, est qu'un changement des valeurs prédéterminées, peut entraîner des modifications brutales des limitations imposées au différentiel, et causer des chocs ou à-coups dans la transmission, à-coups qui sont préjudiciables à la tenue mécanique du différentiel, à la motricité des roues, à la sécurité du véhicule et au confort des passagers. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un procédé simple et efficace de protection du différentiel. Elle propose à cet effet un procédé de protection d'un différentiel de véhicule automobile, exploitant une estimation du couple moteur appliqué sur le différentiel, ainsi qu'une estimation de la différence de vitesse de ce différentiel pour, en fonction d'une zone de fonctionnement limite autorisée, déterminée à partir de ces deux estimations, agir si nécessaire sur le couple moteur ou sur des moyens de freinage individuel des roues, afin de réduire l'énergie générée par ce différentiel en restant dans cette limitation, caractérisé en ce que le procédé évalue de plus de manière constante en partant de l'estimation du couple moteur appliqué sur le différentiel et de sa différence de vitesse, la dynamique des échanges thermiques du différentiel avec son environnement, pour faire évoluer de manière continue la zone de fonctionnement limite autorisée. Un avantage du procédé de protection selon l'invention, est qu'à partir d'une évaluation constante des échanges thermiques du différentiel avec son environnement, on peut suivre au mieux l'état de ce différentiel, et faire évoluer de manière continue et progressive la zone de fonctionnement limite autorisée, ce qui permet d'éviter des actions brutales sur le couple moteur ou sur les moyens de freinage des roues. De plus, le procédé de protection selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement pour une température basse du différentiel, l'ensemble des limitations calculées à partir des différentes estimations de couple moteur et de différence de vitesse, forme une limite supérieure qui délimite une zone toujours interdite pour des valeurs supérieures à ces limites. Avantageusement pour une température élevée du différentiel, l'ensemble des limitations calculées à partir des différentes estimations de couple moteur et de différence de vitesse, forme une limite inférieure qui délimite une zone toujours autorisée pour des valeurs inférieures à ces limites. Avantageusement, les courbes supérieure et inférieure décroissent de manière continue. Les courbes supérieure et inférieure peuvent décroître de manière continue en partant toutes les deux d'un point commun de couple maximum où la vitesse est nulle, pour arriver à un point commun de vitesse maximum où le couple est nul. Selon un mode de fonctionnement, le procédé de protection agit simultanément sur le couple moteur et sur les moyens de freinage individuel des roues, pour réduire l'énergie générée par le différentiel. Avantageusement, au dessus d'un seuil de vitesse déterminé du véhicule, le procédé de protection est désactivé. Avantageusement, le procédé de protection est mis en oeuvre par un système d'anti-patinage des roues motrices du véhicule. L'invention a aussi pour objet un système anti-patinage des roues motrices d'un véhicule automobile, ce système mettant en oeuvre un procédé de protection du différentiel comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile disposant d'un procédé de protection du différentiel, ce procédé de protection comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une cartographie comportant la différence de vitesse sur l'axe des abscisses, et le couple appliqué sur le différentiel sur l'axe des ordonnées, présentant des courbes de limitation ; - la figure 2 est un schéma du principe de fonctionnement du procédé de protection pour des transmissions automatisées ; et - la figure 3 est un schéma du principe de fonctionnement du procédé de protection pour des boîtes de vitesses manuelles. Le graphique 1 de la figure 1 est une cartographie présentant sur l'axe des abscisses, la différence de vitesse VD des deux arbres de sortie du différentiel de transmission d'un véhicule, et sur l'axe des ordonnées le couple CD appliqué par le moteur et la transmission sur la couronne de ce différentiel. La différence de vitesse VD des deux arbres de sortie du différentiel entraîne des vitesses de frottement sur les surfaces de guidage des pignons contenus dans le boîtier de ce différentiel, et le couple de différentiel CD, se traduit par des pressions de ces pignons sur leurs surfaces de guidage. La puissance des pertes internes générées dans le différentiel, est donc sensiblement proportionnelle au produit du couple de différentiel CD par la différence de vitesse VD. On peut, en connaissant les valeurs de couple de différentiel CD et de différence de vitesse VD, en déduire une estimation de la puissance générée par les pertes internes, pertes qui se transforment principalement en chaleur. Sur le graphique 1, la courbe supérieure 2 délimite une zone interdite 6 se trouvant au dessus de cette courbe supérieure. La courbe supérieure 2 rejoint un point Cmax de couple maximum où la vitesse VD est nulle, à un point Vmax de vitesse maximum où le couple CD est nul. Entre ces deux points Cmax, Vmax, la courbe supérieure 2 décroît de manière continue. La courbe inférieure 4 délimite une zone toujours autorisée 10 se trouvant en dessous de cette courbe inférieure. La courbe inférieure 4 décroit aussi de manière continue, en restant en dessous de la courbe supérieure 2, et rejoint cette courbe supérieure sensiblement à ses extrémités, aux point Cmax de couple maximum et Vmax de vitesse maximum. Entre les deux courbes supérieure 2 et inférieure 4, se trouve une zone 8 d'autorisation conditionnelle. Un fonctionnement dans cette zone 8 d'autorisation conditionnelle avec les valeurs V1, Cl au point 12, est permis suivant certaines conditions thermiques du différentiel. Le véhicule comporte par ailleurs un système d'anti-patinage « ASR » piloté par une unité de contrôle électronique, qui agit sur le calculateur de contrôle moteur et sur chaque frein des roues motrices pour limiter le glissement de ces roues. Avantageusement, le procédé de protection du différentiel est mise en oeuvre par l'unité de contrôle électronique du système anti-patinage du véhicule, ce qui permet de limiter les coûts. Les courbes supérieure 2 et inférieure 4 du graphique 1, représentent respectivement, graphiquement, deux séries de couples de données qui sont mises en mémoire dans l'unité de contrôle. La figure 2 présente le principe de fonctionnement du procédé de protection selon l'invention. Le procédé exploite des informations de différents capteurs, où d'autres unités de contrôle, représentant le couple moteur CM, la vitesse de roue gauche VRG, et la vitesse de roue droite VRD. Avantageusement, les vitesses des roues VRG, VRD sont obtenues par l'information délivrée par les capteurs de roue du système de contrôle de stabilité « ESP ». Le procédé de protection exploite de plus dans le cas d'une transmission automatisée, une information sur le rapport global de réduction R de cette transmission, qui peut comprendre une boîte de vitesses manuelle pilotée, une boîte de vitesses à double embrayage, une boîte automatique ou une transmission à variation continue. L'unité de contrôle de cette transmission automatisée donne l'indication du rapport engagé 20 à une table de conversion 22, qui traduit cette indication en une valeur du rapport de réduction R entre la vitesse du moteur et celle du différentiel. Le procédé de protection calcule 24 le couple appliqué sur le différentiel CD, en multipliant le couple moteur CM par le rapport de réduction R de la transmission. En parallèle, le procédé de protection calcule 26 la différence de vitesse du différentiel VD en valeur absolue, en soustrayant la vitesse de roue droite VRD avec celle de la roue gauche VRG. Le procédé de protection calcule 28 ensuite l'estimation de la puissance PD générée par les pertes internes du différentiel, en multipliant le couple de différentiel CD par la différence de vitesse VD. La puissance du différentiel PD se transforme en chaleur produite par le différentiel, qui se dissipe ensuite par des échanges avec l'environnement, principalement dans l'huile de lubrification de ce différentiel, et aussi par les contacts avec d'autres organes mécaniques. On observe donc des variations de température de ce différentiel, qui s'échauffe quand il génère une forte puissance due aux frottements, et qui se refroidit ensuite quand il génère peu ou pas de puissance, les calories s'évacuant alors vers son environnement. Partant de ces observations, le procédé calcule 30 la dynamique des échauffements et refroidissements à partir de l'information de puissance du différentiel PD, en intégrant en permanence les flux de génération et de dissipation thermique. Ce calcul 30 tenant compte des données physiques du différentiel, permet de prévoir l'évolution de sa température, et d'en déduire sur le graphique 1 par des calculs 32, 40, l'évolution d'une courbe réelle à appliquer pour le point de fonctionnement utilisé 12, qui se trouve entre les deux courbes supérieure 2 et inférieure 4. En partant d'une température du différentiel basse, le point de fonctionnement 12 peut aller jusqu'à la courbe supérieure 2, la courbe réelle se superposant alors sur cette courbe limite supérieure. Les possibilités de fonctionnement du différentiel, comprennent la zone toujours autorisée 10, et toute la zone d'autorisation conditionnelle 8. Quand le calcul de la dynamique d'échauffement montre une élévation de température significative du différentiel, la courbe réelle descend pour progressivement se rapprocher de la courbe inférieure 4. Les possibilités de fonctionnement du différentiel comprennent la zone toujours autorisée 10, et une partie de la zone d'autorisation conditionnelle 8. En cas de température élevée du différentiel, la courbe réelle peut atteindre la courbe inférieure 4 et venir se superposer dessus. La seule possibilité de fonctionnement du différentiel se trouve alors dans la zone toujours autorisée 10, où on peut continuer à travailler avec une puissance de différentiel PD réduite sans risque d'endommagement pour le différentiel. Le procédé reprend le même principe pour calculer la dynamique des refroidissements. Dans ce cas, en partant d'une température du différentiel moyenne ou élevée, la courbe réelle remonte pour progressivement se rapprocher de la courbe supérieure 2. On obtient ainsi une variation régulière et continue de la courbe réelle, qui permet de limiter si nécessaire la puissance du différentiel PD. Pour réaliser cette limitation de puissance du différentiel PD, afin de rester en dessous de la courbe réelle, suivant une première méthode, le procédé détermine 32 le couple de différentiel maximal CDmax à ne pas dépasser à partir de la vitesse de différentiel VD et du graphique 1 représentant une cartographie. Ensuite, le procédé calcule 36 le couple maximum CMmax à appliquer au différentiel, en prenant en compte le rapport global de réduction R de la transmission. Le système anti-patinage coopère alors avec le calculateur de contrôle moteur 34, pour baisser le couple CD appliqué au différentiel. Suivant une deuxième méthode illustrée par des lignes en trait interrompu, pour réaliser la limitation de puissance du différentiel PD, le procédé détermine 40 la vitesse de différentiel maximale VDmax 38 à ne pas dépasser à partir du couple de différentiel CD et du graphique 1. Ensuite le système anti-patinage recevant cette vitesse de différentiel maximale VDmax 38, agit sur le contrôle individuel des freins de roue, pour réduire la différence de vitesse du différentiel VD. On notera que les deux méthodes pour réaliser la limitation de puissance PD, peuvent être combinées entre elles en apportant chacune, simultanément, une part de la limitation à réaliser. On obtient avec ces deux méthodes une réduction de la puissance PD générée par le différentiel, qui permet de limiter son échauffement et de le protéger. De plus le suivi de sa dynamique des échanges thermiques, permet de réaliser des prévisions de température et d'anticiper des dépassements de limites. De cette manière, les actions sur le calculateur de contrôle moteur ou sur les freins, peuvent être faites progressivement, sans variation brutale qui pourrait entraîner des à-coups inconfortables pour les passagers du véhicule, et endommager la mécanique. La figure 3 présente en variante, un procédé de protection pour un véhicule comportant une boîte de vitesses manuelle. Le procédé de protection tient compte alors de la vitesse moyenne des roues avant 50, calculée par exemple avec les informations de vitesses des roues gauche VRG et droite VRD, et de la vitesse du moteur 52, pour en déduire par un calcul 54 la valeur du rapport de réduction R de la transmission. Avantageusement, le niveau d'intervention du procédé de protection sera ajusté pour d'une part protéger efficacement le différentiel, mais d'autre part conserver des bonnes performances pour la motricité du véhicule. Le procédé de protection permet notamment d'utiliser pratiquement sans limite de temps, le système d'anti-patinage «ASR » sans risque de détérioration. Avantageusement, pour assurer la sécurité du véhicule et éviter des dérapages aux grandes vitesses, le procédé de protection est désactivé au dessus d'un certain de seuil de vitesse du véhicule. On notera que le procédé de protection assurant la tenue mécanique du différentiel, permet de mettre en oeuvre des modifications de la calibration du système d'anti-patinage « ASR », sans devoir refaire tous les essais d'endurance longs et coûteux, pour tester la fiabilité de ce différentiel dans le cadre de cette nouvelle calibration. REVENDICATIONS1 ù Procédé de protection d'un différentiel de véhicule automobile, exploitant une estimation du couple moteur appliqué sur le différentiel (CD), ainsi qu'une estimation de la différence de vitesse de ce différentiel (VD) pour, en fonction d'une zone de fonctionnement limite autorisée, déterminée à partir de ces deux estimations, agir si nécessaire sur le couple moteur ou sur des moyens de freinage individuel des roues, afin de réduire l'énergie générée (PD) par ce différentiel en restant dans cette limitation, caractérisé en ce que le procédé évalue de plus de manière constante en partant de l'estimation du couple moteur appliqué sur le différentiel (CD) et de sa différence de vitesse (VD), la dynamique des échanges thermiques (30) du différentiel avec son environnement, pour faire évoluer de manière continue la zone de fonctionnement limite autorisée. 2 ù Procédé de protection d'un différentiel suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour une température basse de ce différentiel, l'ensemble des limitations calculées à partir des différentes estimations de couple moteur (CM) et de différence de vitesse (VD), forme une limite supérieure (2) qui délimite une zone toujours interdite (6) pour des valeurs supérieures à ces limites. 3 ù Procédé de protection d'un différentiel suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour une température élevée de ce différentiel, l'ensemble des limitations calculées à partir des différentes estimations de couple moteur (CM) et de différence de vitesse (VD), forme une limite inférieure (4) qui délimite une zone toujours autorisée (10) pour des valeurs inférieures à ces limites. 4 ù Procédé de protection d'un différentiel suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les courbes supérieure (2) et inférieure (4), décroissent de manière continue. 5 ù Procédé de protection d'un différentiel suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les courbes supérieure (2) et inférieure (4), décroissentde manière continue en partant toutes les deux d'un point commun (Cmax) de couple maximum où la vitesse (VD) est nulle, pour arriver à un point commun (Vmax) de vitesse maximum où le couple (CD) est nul. 6 û Procédé de protection d'un différentiel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il agit simultanément sur le couple moteur et sur les moyens de freinage individuel des roues, pour réduire l'énergie générée par le différentiel (PD). 7 û Procédé de protection d'un différentiel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au dessus d'un seuil de vitesse déterminé du véhicule, il est désactivé. 8 û Procédé de protection d'un différentiel suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par un système d'anti-patinage des roues motrices du véhicule. 9 û Système d'anti-patinage des roues motrices d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé de protection d'un différentiel suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 10 û Véhicule automobile comprenant un procédé de protection du différentiel, caractérisé en ce que ce procédé de protection est réalisé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.