FR3070343B1 - Controle du couple transmis par une boite de vitesses automatique d’un vehicule pendant un changement de rapport - Google Patents

Controle du couple transmis par une boite de vitesses automatique d’un vehicule pendant un changement de rapport Download PDF

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Abstract

Un dispositif de contrôle (DC) équipe un véhicule (V) comprenant une boîte de vitesses (BV) de type automatique à trains épicycloïdaux (TE1-TE3) associés chacun à un embrayage (EM1-EM3) comportant un piston (P1-P3) exerçant une pression sur des disques (DE1-DE3), et une machine motrice (MT) fournissant un couple moteur. Ce dispositif (DC) détermine, lors d'un changement entre rapports sortant et entrant, soit une pression optimale devant être exercée par le piston (P1) associé au rapport entrant pour transmettre le couple moteur lorsque la température d'huile est inférieure à un premier seuil et le nombre d'utilisations de l'embrayage (EM1) contenant ce piston (P1) est inférieur à un second seuil, soit une pression réduite devant être exercée par ce piston (P1) pour transmettre un couple réduit, égal au couple moteur fourni moins une valeur choisie, lorsque la température d'huile est supérieure au premier seuil ou le nombre d'utilisations est supérieur au second seuil.

Description

CONTRÔLE DU COUPLE TRANSMIS PAR UNE BOÎTE DE VITESSES AUTOMATIQUE D’UN VÉHICULE PENDANT UN CHANGEMENT DE RAPPORT L’invention concerne les véhicules qui comprennent une boîte de vitesses de type automatique à trains épicycloïdaux et couplée à une machine motrice (thermique ou non-thermique), et plus précisément le contrôle du couple moteur qui est transmis par une telle boîte de vitesses.
Comme le sait l’homme de l’art, une boîte de vitesses automatique, du type de celle mentionnée dans le paragraphe précédent, comprend des trains épicycloïdaux dont les différentes parties (couronnes, satellites, planétaires et porte-satellites) sont pilotées par des éléments hydrauliques (embrayages et freins) associés pour créer les différents rapports de démultiplication. Chaque embrayage, tout comme chaque frein, comprend un piston chargé d’exercer une pression choisie sur des disques (d’embrayage).
La transmission du couple moteur, qui est fourni par la machine motrice, est garantie par la pression qui est exercée par les pistons des embrayages et freins.
Les changements de rapport (d’un rapport dit sortant vers un rapport dit entrant), ou changements de démultiplication, sont effectués en « croisant » (ou inversant) les pressions qui sont respectivement exercées par les pistons des éléments hydrauliques associés aux trains épicycloïdaux des rapports sortant et entrant. Pour ce faire, on vidange l’élément hydraulique (embrayage ou frein) associé au rapport sortant et l’on augmente la pression dans l’élément hydraulique associé au rapport entrant. On notera que durant un croisement on pilote les pressions dans les deux éléments hydrauliques concernés afin de continuer à transmettre du couple moteur aux roues et donc de ne pas perturber l’accélération longitudinale du véhicule.
Actuellement, le dimensionnement de la boîte de vitesses automatique prend en compte le couple moteur maximal qui doit être transmis lorsqu’un rapport est engagé avec l’embrayage verrouillé, mais pas le couple moteur maximal qui doit être transmis lors d’un changement de rapport (rapport sortant vers rapport entrant) avec l’embrayage glissant. La capacité de transmission du couple moteur en phase de glissement d’un embrayage dépend notamment de la surface de frottement de ses disques, du nombre de ses disques, du diamètre moyen de ses disques et de la pression exercée sur ses disques.
Le nombre de disques utilisés et le niveau de pression exercé sur ces disques durant un changement de rapport provoque une dissipation d’énergie qui induit non seulement des pertes mais également une usure des pièces (fonction du nombre de passages du rapport associé).
Afin de diminuer les pertes, qui augmentent la consommation d’énergie et donc la production de polluants, on peut sous-dimensionner la boîte de vitesses et mettre en œuvre une stratégie de limitation du couple moteur maximal reçu par cette boîte de vitesses pendant certaines phases de roulage du véhicule. Cependant, actuellement ce type de stratégie consiste généralement à réduire le couple moteur fourni par la machine motrice dans les phases où la boîte de vitesses ne peut pas transmettre l’intégralité du couple moteur prévu normalement. En fait, le couple moteur fourni n’est réduit que lorsque la chaîne de transmission est fermée (embrayages fermés), mais pas lors des phases de changement de rapport pendant lesquelles surviennent les croisements de pression dans les éléments hydrauliques concernés. Il en résulte une limitation des performances de la chaîne de transmission puisque les couples transmis lorsqu’un rapport est engagé et lors d’un changement de rapport sont différents. En outre, cette limitation peut varier en fonction de la température de l’huile dans la boîte de vitesses, puisque cette température d’huile influence la capacité des embrayages à transmettre le couple moteur. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif de contrôle destiné à équiper un véhicule comprenant une boîte de vitesses de type automatique à trains épicycloïdaux définissant des rapports et associés chacun à un embrayage comportant un piston exerçant une pression sur des disques, et une machine motrice fournissant un couple moteur à la boîte de vitesses.
Ce dispositif de contrôle se caractérise par le fait qu’il comprend des moyens de contrôle qui, lorsqu’un changement d’un rapport sortant à un rapport entrant a été décidé, déterminent : - soit une pression optimale devant être exercée par le piston qui est associé au rapport entrant pour transmettre intégralement le couple moteur fourni (par la machine motrice) lorsqu’une température d’huile dans la boîte de vitesses est inférieure à un premier seuil choisi et qu’un nombre d’utilisations de l’embrayage contenant ce piston est inférieur à un second seuil choisi, - soit une pression réduite devant être exercée par le piston qui est associé au rapport entrant pour transmettre un couple réduit, égal au couple moteur fourni (par la machine motrice) moins une valeur choisie, lorsque cette température d’huile est supérieure à ce premier seuil choisi ou que ce nombre d’utilisations est supérieur à ce second seuil choisi.
Grâce à l’invention, la durée de vie de la boîte de vitesses est garantie sans que sa capacité de transmission de couple ne soit limitée quand elle est neuve ou récente et en présence d’une température d’huile optimale.
Le dispositif de contrôle selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens de contrôle peuvent choisir la valeur à soustraire du couple moteur en fonction d’au moins un paramètre qui est choisi parmi une vitesse en cours du véhicule, le rapport sortant, et une manœuvre en cours du véhicule ; - ses moyens de contrôle peuvent utiliser un premier seuil choisi qui est compris entre 90°C et 110°C ; - ses moyens de contrôle peuvent utiliser un second seuil choisi qui est compris entre 25000 et 35000. L’invention propose également un calculateur comprenant un dispositif de contrôle du type de celui décrit ci-avant. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant a) une boîte de vitesses de type automatique à trains épicycloïdaux définissant des rapports et associés chacun à un embrayage comportant un piston exerçant une pression sur des disques, b) une machine motrice fournissant un couple moteur à la boîte de vitesses, et c) un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant ou un calculateur du type de celui présenté ci-avant. L’invention propose également un procédé de contrôle, destiné à être mis en œuvre dans un véhicule comprenant une boîte de vitesses de type automatique à trains épicycloïdaux définissant des rapports et associés chacun à un embrayage comportant un piston exerçant une pression sur des disques, et une machine motrice fournissant un couple moteur à la boîte de vitesses.
Ce procédé se caractérise par le fait qu’il comprend une étape dans laquelle, lorsqu’un changement d’un rapport sortant à un rapport entrant a été décidé, on détermine : - soit une pression optimale devant être exercée par le piston qui est associé au rapport entrant pour transmettre intégralement le couple moteur fourni lorsqu’une température d’huile dans la boîte de vitesses est inférieure à un premier seuil choisi et qu’un nombre d’utilisations de l’embrayage contenant ce piston est inférieur à un second seuil choisi, - soit une pression réduite devant être exercée par le piston qui est associé au rapport entrant pour transmettre un couple réduit, égal au couple moteur fourni moins une valeur choisie, lorsque cette température d’huile est supérieure à ce premier seuil choisi ou que ce nombre d’utilisations est supérieur à ce second seuil choisi.
Par exemple, dans l’étape du procédé on peut choisir la valeur à soustraire du couple moteur en fonction d’au moins un paramètre qui est choisi parmi une vitesse en cours du véhicule, le rapport sortant, et une manœuvre en cours du véhicule. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l’unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant une chaîne de transmission et un calculateur de supervision équipé d’un dispositif de contrôle selon l’invention. L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de contrôle DC destiné à équiper un véhicule V comprenant une chaîne de transmission comportant au moins une machine motrice (thermique ou non-thermique) MT fournissant du couple moteur cm à une boîte de vitesses BV de type automatique à trains épicycloïdaux.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comportant au moins une machine motrice (thermique ou non-thermique) couplée à une boîte de vitesses de type automatique à trains épicycloïdaux et fournissant du couple moteur pour au moins un train (ou analogue). Par conséquent, l’invention concerne au moins les véhicules terrestres.
On entend ici par « machine motrice non-thermique » une machine agencée de manière à fournir ou récupérer du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d’un moteur thermique. Il pourra par exemple s’agir d’une machine (ou moteur) électrique, d’une machine hydraulique, d’une machine pneumatique (ou à air comprimé), ou d’un volant d’inertie.
Par ailleurs, on entend ici par « moteur thermique » une machine ou un moteur consommant du carburant pour produire du couple pour déplacer un véhicule.
On a schématiquement représenté sur l’unique figure un véhicule V comprenant une chaîne de transmission, un calculateur de supervision CS propre à superviser (ou gérer) le fonctionnement de la chaîne de transmission, et un dispositif de contrôle DC selon l’invention.
La chaîne de transmission comprend ici, notamment, une machine motrice MT, un arbre moteur AM, une boîte de vitesses BV et un arbre de transmission AT.
Il est important de noter que la chaîne de transmission est ici de type classique (c’est-à-dire que sa machine motrice MT est thermique, et donc qu’elle est dépourvue de machine motrice non-thermique). Mais elle pourrait être de type hybride. Dans ce cas elle comporte, en complément de sa machine motrice thermique, au moins une machine motrice non-thermique chargée de produire du couple, à partir de l’énergie stockée dans un moyen de stockage d’énergie, pour au moins un train (éventuellement différent de celui qui est couplé à la machine motrice thermique), en complément ou à la place du couple moteur produit par la machine motrice thermique. Chaque machine motrice non-thermique peut, par exemple, être une machine (ou un moteur) électrique, une machine hydraulique, ou une machine pneumatique (ou à air comprimé), ou un volant d’inertie.
La machine motrice MT (ici un moteur thermique) comprend un vilebrequin (non représenté) qui est solidarisé fixement à l’arbre moteur AM afin d’entraîner ce dernier (AM) en rotation. Il est destiné à fournir du couple moteur cm pour au moins un premier train T1 (ici de roues), via (ici) la boîte de vitesses BV. Mais dans une variante de réalisation hybride il pourrait fournir du couple pour au moins un train via un embrayage, une machine motrice non-thermique et la boîte de vitesses BV.
Par exemple, le premier train T1 est situé à l’avant du véhicule V, et couplé à l’arbre de transmission AT, de préférence, et comme illustré, via un différentiel (ici avant) D1. Mais dans une variante ce premier train T1 pourrait être situé à l’arrière du véhicule V. Dans une autre variante, le moteur thermique MT pourrait fournir du couple moteur cm pour des premier T1 et second T2 trains.
La boîte de vitesses BV est de type automatique à au moins deux trains épicycloïdaux TE] définissant des rapports (au moins deux). Dans l’exemple non limitatif illustré sur l’unique figure, la boîte de vitesses BV comprend trois trains épicycloïdaux TE1 à TE3 (j = 1 à 3). Mais elle pourrait ne comporter que deux trains épicycloïdaux ou bien plus de trois (cela dépend en effet du nombre de rapports envisagé).
Chaque train épicycloïdal TEj comprend, par exemple, des couronnes, satellites, planétaires et porte-satellites qui sont pilotés par (et donc associés à), notamment, un embrayage EMj qui comprend un piston Pj chargé d’exercer une pression choisie sur un ensemble de disques (d’embrayage) DEj.
L’entrée de cette boîte de vitesses BV est couplée à l’arbre moteur AM pour recevoir le couple moteur cm fourni par le moteur thermique MT. La sortie de cette boîte de vitesses BV est couplée à l’arbre de transmission AT pour lui fournir un couple transmis et.
La chaîne de transmission comprend également un démarreur ou un alterno-démarreur AD couplé au moteur thermique MT et chargé de lancer ce dernier (MT) afin de lui permettre de démarrer. Ce lancement se fait grâce à de l’énergie électrique qui est stockée dans une batterie rechargeable BR, qui alimente également le réseau de bord du véhicule V auquel sont connectés les équipements électriques de ce dernier (V). Cette batterie rechargeable BR est à très basse tension (par exemple 12 V, 24 V ou 48V).
Les fonctionnements du moteur thermique MT et de la boîte de vitesses BV sont contrôlés par le calculateur de supervision CS.
Comme indiqué précédemment, l’invention propose un dispositif de contrôle DC destiné à équiper le véhicule V afin de contrôler le couple moteur qui est transmis par la boîte de vitesses BV pendant les changements de rapport (d’un rapport sortant, jusqu’alors engagé, à un rapport entrant, à engager).
Dans l’exemple non limitatif illustré sur l’unique figure, le dispositif de contrôle DC fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n’est pas obligatoire. Ce dispositif de contrôle DC pourrait en effet être un équipement couplé au calculateur de supervision CS, directement ou indirectement. Par conséquent, le dispositif de contrôle DC peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d’une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.
Un dispositif de contrôle DC, selon l’invention, comprend des moyens de contrôle MC qui interviennent chaque fois qu’un changement de rapport (sortant vers entrant) a été décidé, par exemple par le calculateur de supervision CS, pendant que le moteur thermique MT est en train de fournir un couple moteur cm, ici pour faire tourner les roues motrices du premier train T1.
Ces moyens de contrôle MC sont agencés de manière à déterminer : - soit une pression optimale po qui doit être exercée par le piston Pj qui est associé au rapport entrant pour transmettre intégralement le couple moteur cm, fourni par le moteur thermique MT, lorsque la température d’huile th dans la boîte de vitesses BV est inférieure à un premier seuil s1 choisi et que le nombre d’utilisations nj de l’embrayage EMj contenant ce piston Pj est inférieur à un second seuil s2 choisi, - soit une pression réduite pr qui doit être exercée par le piston Pj qui est associé au rapport entrant pour transmettre un couple réduit cr, égal au couple moteur cm, fourni par le moteur thermique MT, moins une valeur vc choisie (soit cr = cm - vc), lorsque cette température d’huile th est supérieure au premier seuil choisi s1 ou que ce nombre d’utilisations nj est supérieur au second seuil choisi s2.
En d’autres termes, soit l’on a simultanément th < s1 et nj < s2 et dans ce cas le piston Pj associé au rapport entrant exerce sur les disques DE] associés une pression optimale po fonction du couple moteur fourni cm, soit l’on a th > s1 ou nj > s2 et dans ce cas le piston Pj associé au rapport entrant exerce sur les disques DEj associés une pression réduite pr fonction d’un couple réduit cr égal à cm - vc.
On comprendra que l’invention nécessite qu’un équipement du véhicule V, comme par exemple le calculateur de supervision CS ou le dispositif de contrôle DC, comptabilise le nombre d’utilisations nj de chaque embrayage EMj de la boîte de vitesses BV, lors de chaque changement de rapport le concernant. L’invention permet de garantir la durée de vie de la boîte de vitesses BV sans pour autant limiter sa capacité de transmission de couple quand elle est neuve ou récente (nj faible) et en présence d’une température d’huile th optimale. En outre, la dégradation de performance pendant un changement de rapport reste limitée et n’est effective que dans des conditions particulières qui ne perturbent pas le conducteur du véhicule V.
Par exemple, les moyens de contrôle MC peuvent être agencés de manière à choisir la valeur vc, qui doit être soustraite du couple moteur fourni cm, en fonction d’au moins un paramètre qui est choisi parmi la vitesse en cours du véhicule V, le rapport sortant, et une manœuvre en cours du véhicule V.
Plus la vitesse du véhicule V sera élevée, moins la réduction de couple vc sera importante. Il est en effet connu de l’homme de l’art que plus la vitesse est élevée moins on a besoin d’un couple moteur important pour évoluer.
Plus le rapport entrant sera élevé, moins la réduction de couple vc sera importante. Il est en effet connu de l’homme de l’art que plus le rapport est élevé moins on a besoin d’un couple moteur important pour évoluer.
Dans le cas d’une manœuvre en cours du véhicule V, comme par exemple pendant un créneau ou une sortie d’un emplacement de parking, on calcule la puissance afin de garantir la possibilité de manœuvrer le véhicule V.
Par exemple, les moyens de contrôle MC peuvent partir d’une valeur de couple de base égale au couple moteur fourni cm réduit d’environ 10%, puis moduler cette valeur de couple de base en fonction de l’un au moins des paramètres précités (vitesse, rapport entrant, manœuvre) pour obtenir la valeur choisie vc.
Egalement par exemple, les moyens de contrôle MC peuvent utiliser un premier seuil choisi s1 qui est compris entre 90°C et 110°C. Par exemple, ils peuvent utiliser un premier seuil choisi s1 égal à 100°C. D’une manière générale ce premier seuil choisi s1 correspond à la valeur maximale au-delà de laquelle l’usure de la boîte de vitesses BV (et notamment des garnitures) commence à augmenter notablement.
Egalement par exemple, les moyens de contrôle MC peuvent utiliser un second seuil choisi s2 qui est compris entre 25000 et 35000. Par exemple, on peut utiliser un second seuil choisi s2 égal à 30000. Ce seuil s2 correspond à un nombre d’activations des éléments hydrauliques (frein et embrayage EMj). Il correspond à ce que l’on a coutume d’appeler un « profil de mission », lequel consiste à quantifier le nombre de passages de rapports que connaîtra la boîte de vitesses BV dans son utilisation complète. On détermine donc le nombre de sollicitations des éléments hydrauliques.
Il est important de noter que l’invention peut être également considérée sous l’angle d’un procédé de contrôle, pouvant être notamment mis en œuvre au moyen d’un dispositif de contrôle DC du type de celui présenté ci-avant. Les fonctionnalités offertes par la mise en œuvre du procédé selon l’invention étant identiques à celles offertes par le dispositif de contrôle DC présenté ci-avant, seule la combinaison de fonctionnalités principales offerte par le procédé est présentée ci-après.
Ce procédé de contrôle comprend une étape dans laquelle, lorsqu’un changement d’un rapport sortant à un rapport entrant a été décidé (par exemple par le calculateur de supervision CS), on (le dispositif de contrôle DC du véhicule V) détermine : - soit une pression optimale po devant être exercée par le piston Pj qui est associé au rapport entrant pour transmettre intégralement le couple moteur cm fourni (par le moteur thermique MT) lorsque la température d’huile th dans la boîte de vitesses BV est inférieure au premier seuil choisi s1 et que le nombre d’utilisations nj de l’embrayage EMj contenant ce piston Pj est inférieur au second seuil choisi s2, - soit une pression réduite devant être exercée par le piston Pj qui est associé au rapport entrant pour transmettre un couple réduit cr, égal au couple moteur cm fourni (par le moteur thermique MT) moins une valeur vc choisie, lorsque cette température d’huile th est supérieure au premier seuil choisi s1 ou que ce nombre d’utilisations nj est supérieur au second seuil choisi s2.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de contrôle (DC) pour un véhicule (V) comprenant i) une boîte de vitesses (BV) de type automatique à trains épicycloïdaux (TE]) définissant des rapports et associés chacun à un embrayage (EMj) comportant un piston (Pj) exerçant une pression sur des disques (DEj), et ii) une machine motrice (MT) fournissant un couple moteur à ladite boîte de vitesses (BV), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de contrôle (MC) qui, lorsqu’un changement d’un rapport sortant à un rapport entrant a été décidé, déterminent soit une pression optimale devant être exercée par le piston (Pj) associé audit rapport entrant pour transmettre intégralement ledit couple moteur fourni lorsqu’une température d’huile dans ladite boîte de vitesses (BV) est inférieure à un premier seuil choisi et qu’un nombre d’utilisations dudit embrayage (EMj) contenant ce piston (Pj) est inférieur à un second seuil choisi, soit une pression réduite devant être exercée par le piston (Pj) associé audit rapport entrant pour transmettre un couple réduit, égal audit couple moteur fourni moins une valeur choisie, lorsque ladite température d’huile est supérieure audit premier seuil choisi ou que ledit nombre d’utilisations est supérieur audit second seuil choisi.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) choisissent ladite valeur à soustraire dudit couple moteur en fonction d’au moins un paramètre choisi parmi une vitesse en cours dudit véhicule (V), ledit rapport sortant, et une manœuvre en cours dudit véhicule (V).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) utilisent un premier seuil choisi compris entre 90°C et 110°C.
  4. 4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) utilisent un second seuil choisi compris entre 25000 et 35000.
  5. 5. Calculateur (CA), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de contrôle (DC) selon l’une des revendications précédentes.
  6. 6. Véhicule (V) comprenant i) une boîte de vitesses (BV) de type automatique à trains épicycloïdaux définissant des rapports et associés chacun à un embrayage (EM]) comportant un piston (Pj) exerçant une pression sur des disques (DEj), et ii) une machine motrice (MT) fournissant un couple moteur à ladite boîte de vitesses (BV), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC) selon l’une des revendications 1 à 4 ou un calculateur (CA) selon la revendication 5.
  7. 7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.
  8. 8. Procédé de contrôle pour un véhicule (V) comprenant i) une boîte de vitesses (BV) de type automatique à trains épicycloïdaux définissant des rapports et associés chacun à un embrayage (EMj) comportant un piston (Pj) exerçant une pression sur des disques (DEj), et ii) une machine motrice (MT) fournissant un couple moteur à ladite boîte de vitesses (BV), caractérisé en ce qu’il comprend une étape dans laquelle, lorsqu’un changement d’un rapport sortant à un rapport entrant a été décidé, on détermine soit une pression optimale devant être exercée par le piston (Pj) associé audit rapport entrant pour transmettre intégralement ledit couple moteur fourni lorsqu’une température d’huile dans ladite boîte de vitesses (BV) est inférieure à un premier seuil choisi et qu’un nombre d’utilisations dudit embrayage (EMj) contenant ce piston (Pj) est inférieur à un second seuil choisi, soit une pression réduite devant être exercée par le piston (Pj) associé audit rapport entrant pour transmettre un couple réduit, égal audit couple moteur fourni moins une valeur choisie, lorsque ladite température d’huile est supérieure audit premier seuil choisi ou que ledit nombre d’utilisations est supérieur audit second seuil choisi.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans ladite étape on choisit ladite valeur à soustraire dudit couple moteur en fonction d’au moins un paramètre choisi parmi une vitesse en cours dudit véhicule (V), ledit rapport sortant, et une manœuvre en cours dudit véhicule (V).
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