Brevet FR3019613A1 — publié le 20151009

- 1 - PROCEDE DE COMMANDE D'UN ACTIONNEUR DE PASSAGE DE VITESSES ET ACTIONNEUR DE PASSAGE CORRESPONDANT La présente invention concerne la commande des 5 passages de vitesses dans une boîte de vitesses à arbres parallèles, munie d'un actionneur. Elle a pour objet un procédé de commande d'un actionneur de passage à baladeur comportant un élément de commande de fourchette de passage responsable du dé- 10 crabotage et du crabotage de pignons sur un arbre de la boîte, qui reçoit le couple d'une machine de traction alimentée par le réseau de bord du véhicule. Cet élément de commande est placé en amont d'un système mécanique d'assistance mécanique à ressort. Il est régulé en position 15 par un moteur d'actionnement à courant continu. L'invention a également pour objet un actionneur de passage comportant un élément de commande de fourchette de passage assurant le dé-crabotage et le crabotage de pignons sur un arbre de la boîte. Cet élément est régulé en 20 position par un moteur d'actionnement à courant continu alimenté par un réseau de bord du véhicule muni d'un organe de modulation de tension. Dans cet actionneur, l'élément de commande est placé en amont d'un système mécanique d'assistance mécanique à ressort, facilitant l'engagement 25 des dents du baladeur entre celles du pignon. L'invention trouve une application privilégiée, mais non limitative, sur des boîtes de vitesse de type « robotisée », dont le fonctionnement est celui d'une boite manuelle à passages de vitesses automatisés, sans mécanismes 30 de synchronisation des pignons. Dans les systèmes de commande internes de passage de vitesses sans mécanismes de synchronisation, on utilise généralement des baladeurs à dents plates, ou « clabots », qui viennent en butée contre les dents du pignon de vitesse 35 à craboter, avant de tourner légèrement par rapport au pignon pour s'engager entre ses dents. - 2 - Pour atteindre les niveaux de confort de passage exigés, on peut utiliser des dispositifs d'aide au passage, qui font intervenir un ressort de résistance, capable d'accumuler de l'énergie en se comprimant pendant la phase de synchronisation et de la libérer l'issue de cette phase, pour faciliter le crabotage du pignon. Par la publication FR 2 988 800, on connaît un système d'actionnement de baladeur à clabots, comportant un pontet rigide de déplacement de fourchette muni de deux bras engagés autour d'un axe de commande, de manière à autoriser son propre déplacement axial le long de cet axe, sous le contrôle d'un organe externe. Le système comporte en outre un ressort de résistance, entouré autour de l'axe de fourchette entre les deux bras du pontet et deux bagues d'arrêt en appui entre les extrémités du ressort et les bras du pontet, de manière à pouvoir coulisser avec un débattement limité le long de l'axe. Le ressort emmagasine l'énergie fournie par l'actionneur, lorsque les dents du baladeur et du pignon sont en butée. Il la libère lorsque le crabotage est possible, en accélérant la fourchette. L'accélération obtenue dépend de la compression du ressort, et donc du couple transmis par le moteur électrique pendant la phase où les dents sont en butée. Lors d'un changement de vitesse, il est important de 25 minimiser le temps pris par l'ensemble des opérations nécessaires au bon déroulement du passage. La présente invention vise à optimiser ce déroulement en agissant sur les paramètres de contrôle de la régulation. Dans ce but, elle propose que la tension appliquée 30 sur le moteur d'actionnement soit élevée temporairement pendant les opérations de dé-crabotage et de crabotage des pignons. Plus précisément, la consigne de tension du moteur est modulée temporairement, sur une valeur supérieure à la 35 tension d'alimentation normale. Selon un mode de réalisation particulier de - 3 l'actionneur, le convertisseur de tension du réseau de bord module temporairement la tension du moteur d'actionnement sur une valeur supérieure à la tension d'alimentation normale du réseau de bord, pendant les opérations de dé- crabotage et de crabotage des pignons. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 présente le principe mécanique de l'actionneur, la figure 2 montre les étapes d'un changement de rapport, - la figure 3, illustre la régulation avec une 15 tension du réseau de bord classique à 12V, - la figure 4 met en évidence l'amélioration de performance atteinte en modifiant cette tension, et la figure 5 montre une nouvelle séquence avec modification de la tension du moteur d'entraînement de 20 l'actionneur. L'actionneur électrique de passage de vitesses illustré de manière non limitative par la figure 1 est sous le contrôle d'un moteur électrique 1, lié en rotation avec un élément de commande, tel qu'un doigt de passage de 25 vitesses 2. Le doigt 2 est engagé dans la gorge 3 d'un pontet rigide 3, tel que décrit dans la publication FR 2 988 800, qui est muni de deux bras 3a engagés autour de l'axe de commande 4 d'une fourchette 6 de commande d'un baladeur 7 à dents plates, ou « clabots » 8. Le déplacement 30 du baladeur s'effectue sous le contrôle du moteur 1, qui reçoit l'information de position d'un capteur de position, et d'un ressort de résistance 9 enroulé autour de l'axe 4 entre les deux bras 3a du pontet. Deux bagues 11 limitent la compression maximum du ressort 9 et le débattement du pontet 35 sur l'axe, grâce à la présence de lumières oblongues lla dans lesquelles se déplace une goupille 12, fixée sur l'axe - 4 4. En résumé, cet actionneur comporte un élément de commande de fourchette de passage assurant le dé-crabotage et le crabotage de pignons sur un arbre de la boîte. Cet élément de commande est régulé en position par un moteur d'actionnement à courant continu alimenté par le réseau de bord du véhicule et placé en amont d'un système mécanique d'assistance mécanique à ressort facilitant l'engagement des dents du baladeur entre celles du pignon. Il fonctionne de la manière suivante. Lors de l'engagement d'une vitesse, l'ensemble constitué du pontet, du ressort, des bagues, de l'axe, et de la fourchette, se déplace en bloc jusqu'à ce que la fourchette rencontre une résistance liée à la mise en appui des dents 8 du baladeur contre les dents 13a du pignon 13. Le ressort 9 est comprimé entre les bagues 11 par la poursuite du déplacement du pontet 3 dans une phase de chargement du ressort, entre la mise en appui du baladeur contre le pignon, et son crabotage sur celui-ci, c'est-à-dire l'engagement de ses dents entre celles du pignon. Le ressort se détend alors en restituant l'énergie qu'il a accumulée, pour assister l'engagement du baladeur sur le pignon. La commande se fait par la tension appliquée sur le moteur électrique de l'actionneur 1, qui est de préférence une machine à courant continu. C'est la position de la fourchette qui détermine le passage des vitesses, mais cette mesure n'est pas accessible à la régulation. La régulation s'effectue sur la position du doigt 2, qui est en amont des moyens d'assistance dans la chaîne cinématique de commande.. Les variables mesurées et utilisées dans la régulation sont la position du doigt 2 et le courant d'alimentation du moteur. Sur les trois courbes de la figure 2, on a représenté respectivement l'évolution de la position du doigt en millimètres, celle du couple de traction, en newton mètres, et du régime de la machine de traction en tours par minute (RPM). En se reportant à la figure 2, on voit que la - 5 commande de l'actionneur inclut les étapes suivantes, lors d'une opération de changement de rapport: a) annulation du couple délivré par la machine de traction (électrique ou thermique) du véhicule, entraînant l'arbre, b) dé-crabotage du pignon fou du premier rapport (rapport initial) grâce à la régulation de position du doigt 2 : le moteur d'entraînement se retrouve alors en roue libre (ou position neutre) (étape 2), c) synchronisation de l'arbre avec le pignon fou du deuxième rapport (rapport final) par la machine de traction, pour pouvoir engager le rapport désiré (étape 3), d) crabotage du deuxième pignon grâce à la régulation de position du doigt 2 (étape 4). e) remise de couple sur la machine de traction (étape 5). La figure 2 indique la durée de chacune de ces étapes. Sur sa deuxième courbe, on voit que l'annulation du couple fourni par la machine électrique de traction (étape 1), prend environ 400ms. Le dé-crabotage (étape 2) prend environ 200ms (deuxième courbe). La phase de synchronisation (étape 3), prend ensuite environ 150ms. Après la synchronisation, le crabotage (étape 4), prend à nouveau 200ms. La figure 3 illustre les performances de la régulation de position du doigt, avec une tension du réseau de bord classique à 12V. Comme montré sur la figure 4, si l'on augmente la tension du réseau de bord à 16V, on peut améliorer les performances de la régulation. Le gain sur le crabotage est de l'ordre de 10ms. Etant donné que la régulation intervient pour le crabotage et le dé-crabotage du pignon, le gain de temps sur l'opération complète de changement de rapport est double, soit environ 20ms sur un passage. L'actionneur de boîte est normalement alimenté par la batterie 12V du véhicule. Les moteurs à courant continu - 6 - permettant de faire bouger le doigt de l'actionneur sont dimensionnés pour fonctionner dans cet ordre de grandeur de tension. Par ailleurs, les performances de la régulation de position du doigt dépendent de la puissance des moteurs insérés dans la boîte. Cette puissance est limitée par la tension du réseau de bord. Or, les véhicules électriques ou hybrides disposent généralement d'une batterie de bord de 12V (batterie BT) et d'une batterie de plus forte tension (batterie HT), par exemple 400V, destinée principalement à alimenter une machine de traction du véhicule. Un convertisseur de tension continu/continu (DC/DC en anglais pour Direct Current/Direct Current), joue alors le rôle de l'alternateur d'un véhicule thermique classique. Le DC/DC puise de l'énergie de la batterie HT du véhicule, et alimente le réseau de bord pour maintenir l'état de charge de la batterie 12V. A l'aide du DC/DC, il est possible de moduler la tension du réseau de bord, notamment pour recharger la batterie 12V. Le convertisseur peut donc être utilisé pour moduler la tension du moteur d'actionnement de l'élément de commande 2, dans le but d'améliorer les performances de la régulation. Cet objectif est atteint en minimisant la durée totale de la régulation, pour rendre le changement de rapport pratiquement imperceptible. La solution consiste à augmenter temporairement la tension du réseau de bord en prévision de l'utilisation de l'actionneur. Le DC/DC module temporairement la tension appliquée sur le moteur d'actionnement 1, sur une valeur supérieure à la tension d'alimentation normale du réseau de bord, pendant les opérations de dé-crabotage et de crabotage de pignons. L'élévation de la tension d'alimentation du moteur d'actionnement 1 est activée par l'intermédiaire du DC/DC, pendant l'annulation du couple de la machine de traction du véhicule qui se produit au début de chaque passage de vitesse. Cette annulation prend nécessairement un certain temps. Pour des contraintes d'agrément, on ne peut annuler - 7 - le couple brutalement, de sorte qu'il reste généralement supérieur à une centaine de ms. Cette durée est suffisante pour permettre au DC/DC de réagir à sa consigne de tension et augmenter la tension du réseau de bord. La tension d'alimentation du réseau de bord est élevée temporairement. Cette élévation de tension est activée pendant l'annulation du couple de traction précédant le dé-crabotage d'un pignon. Le convertisseur de courant est ensuite rétabli sur sa consigne de base, après le crabotage d'un nouveau pignon. La nouvelle séquence de changement de rapport, illustrée par la figure 5, devient : a) augmentation temporaire de la consigne de tension appliquée par le réseau de bord au moteur d'actionnement de l'élément de commande 6 pendant l'annulation du couple de la 15 machine de traction du véhicule, b) dé-crabotage du pignon transmettant le couple sur un premier rapport, c) synchronisation de l'arbre de boîte et du pignon utilisé sur un deuxième rapport, 20 d) crabotage du deuxième pignon, e) retour à la consigne de base sur le réseau de bord lors de la reprise de couple de la machine de traction. En conclusion, l'invention permet de réduire le temps de passage des rapports sans impact négatif sur l'agrément 25 (contrairement à une réduction des temps d'annulation et de remise de couple). Elle tire profit des fonctionnalités de systèmes déjà présents sur le véhicule, et ne requiert qu'une adaptation logicielle, pour moduler la consigne de tension du DC/DC. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un actionneur de passage à baladeur de boîte de vitesses comportant un élément de commande (2) de fourchette de dé-crabotage et de crabotage (6) de pignons sur un arbre de la boîte qui reçoit le couple d'une machine de traction alimentée par le réseau de bord du véhicule, cet élément de commande (2) étant placé en amont d'un système mécanique d'assistance mécanique à ressort et régulé en position par un moteur d'actionnement à courant continu (1), caractérisé en ce que la tension appliquée sur le moteur d'actionnement (1) est élevée temporairement au-dessus de la tension de base du réseau de bord, pendant les opérations de dé-crabotage et de crabotage des pignons. 2. Procédé de commande d'un actionneur de passage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élévation de la tension d'alimentation du moteur d'actionnement (1) est activée pendant l'annulation du couple de la machine de traction du véhicule. 3. Procédé de commande d'un actionneur de passage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élévation de la tension d'alimentation du moteur d'actionnement (1) est activée par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant continu (DC/DC). 4. Procédé de commande d'un actionneur de passage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tension d'alimentation du moteur d'actionnement (1) est élevée au niveau de tension de batterie alimentant la machine de traction du véhicule. 5. Procédé de commande d'un actionneur selon l'une des revendications a revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) augmentation temporaire de la consigne de tension appliquée par le réseau de bord au moteur d'actionnement (1) pendant l'annulation du couple de la machine de traction du véhicule,- 9 - b) dé-crabotage du pignon transmettant le couple sur un premier rapport, c) synchronisation de l'arbre de boîte et du pignon utilisé sur un deuxième rapport, d) crabotage du deuxième pignon, e) retour à la consigne de base sur le réseau de bord lors de la reprise de couple de la machine de traction. 6. Actionneur de passage pour boîte de vitesses comportant un élément de commande (2) de fourchette de 10 passage (6), cet élément de commande étant régulé en position par un moteur d'actionnement à courant continu (1) alimenté par un réseau de bord du véhicule muni d'un organe de modulation de tension (DC/DC), et placé en amont d'un système mécanique d'assistance mécanique à ressort 15 facilitant l'engagement des dents du baladeur entre celles du pignon, caractérisé en que l'organe de modulation de tension (DC/DC) est un convertisseur de courant continu qui module temporairement la tension du moteur d'actionnement (1) sur une valeur supérieure à la tension d'alimentation 20 normale du réseau de bord. 7. Actionneur de passage pour boîte de vitesses selon la revendication 6, caractérisée en ce la consigne d'élévation de la tension d'alimentation du moteur d'actionnement (1) est activée pendant l'annulation du 25 couple de la machine de traction du véhicule précédant le dé-crabotage d'un pignon. 8. Actionneur de passage pour boîte de vitesses selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tension d'alimentation d'un réseau de bord du véhicule est élevée 30 temporairement au niveau de tension d'alimentation de la machine de traction du véhicule. 9. Actionneur de passage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le convertisseur de courant est rétabli sur sa consigne de base après le crabotage d'un 35 nouveau pignon.