FR2846722A1 - Dispositif actionneur d'embrayage et de debrayage utilisant un electroaimant de forme torique a faible constante de temps, a consommation reduite et commande par des moyens lui assurant un fonctionnement rapide et controle - Google Patents
Dispositif actionneur d'embrayage et de debrayage utilisant un electroaimant de forme torique a faible constante de temps, a consommation reduite et commande par des moyens lui assurant un fonctionnement rapide et controle Download PDFInfo
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Abstract
Le dispositif est constitué d'une culasse immobile en rotation (21), attirant une culasse mobile (16) provoquant le blocage du disque d'embrayage (11). Un dispositif de rattrapage d'usure (27), (28), (29), (30), (31), (32), (33) maintient l'entrefer (33) à une valeur toujours petite et réduit les consommations électriques. Des moyens électroniques (67) et de calcul (65) utilisant les propriétés électromagnétiques de l'actionneur, associés à la rapidité de réponse le l'actionneur, assurent un contrôle quasi immédiat des pressions sur les garnitures (2), (3). Ils informent sur la température des bobines (22) et de la température des garnitures (2) et (3), par utilisation d'algorithmes de logique floue ou des réseaux de neurones.Il est applicable à tous véhicules dotés d'un groupe motopropulseur de conception actuelle et moderne dont il optimise le comportement dynamique.
Description
Actuellement la commande des embrayages des véhicules terrestres
s'effectue
généralement par une action mécanique directe de la force du conducteur.
Cependant ce mécanisme n'est pas adapté aux véhicules dotés de moteurs délivrant des couples élevés, camions ou maintenant véhicules de tourisme équipés de 5 moteur Diesel, qui nécessitent des efforts importants. Une assistance par vérin hydraulique, ou par un actionneur électrique a été développée et des véhicules sans pédale d'embrayage existent, la commande d'accouplement étant alors pilotée soit par les déplacements du levier de vitesse, soit entièrement contrôlée par une commande robotisée
qui se charge d'optimiser les changements de rapports de la boite de vitesse.
Cette automatisation du groupe motopropulseur exige, pour la commande pilotée de l'embrayage: a) Une grande fiabilité, car la complexité du système dans son ensemble rend le dépannage extrêmement onéreux
b) Pour des raisons de confort des passagers une grande rapidité du 15 changement des rapports.
c) De même une progressivité des phases de débrayages et d'embrayage parfaitement contrôlée.
d) La possibilité d'assurer un glissement à couple imposé, pour assurer la fonction " creeping " qui consiste à maintenir un petit couple moteur lorsque le 20 véhicule doté d'une boite robotisée est à l'arrêt.
e) Enfin, de fournir un moyen de contrôle à constante temps d'action très petite, de l'ordre du millième de seconde, afin d'étendre les applications du concept à des besoins ou perfectionnements actuellement impossibles à satisfaire
par les solutions actuelles.
La figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif d'embrayage commandé. Elle énumère quelques termes de vocabulaire propre à cette technique. Le sous ensemble constitué du volant, du disque d'embrayage et de ses garnitures et du
plateau de pression est appelé par la suite mécanisme de friction.
Les solutions actuelles, à pilotage par vérins hydrauliques ou électriques agissent 30 en lieu et place de la commande traditionnelle, c'est à dire agissent sur la fourchette d'embrayage (figure 1). Elles présentent toutes des inconvénients qui rendent leur application à l'automatisation des boites de vitesses peu fiable, et conduit à une
commercialisation quasi inexistante.
En effet, leur vitesse de commande est trop lente, les actionneurs électriques, 35 complexes et basés sur d'astucieuses compensations d'efforts sont peu stables, sensibles aux dérives des caractéristiques de la timonerie et des mécanismes de multiplication,
démultiplication ou compensation des efforts et par construction imprécises.
Le diagnostic des avaries est très difficile, ce qui provoque un refus de vente de la part des concessionnaires automobiles. L'optimisation du fonctionnement étant impossible, la durée de vie des garnitures de friction est réduite, ce qui engage le client à
des frais de fonctionnement inacceptables.
Enfin la complexité de la cinématique engendre des cots de fabrication et de contrôle de
qualité élevés.
Le dispositif selon l'invention satisfait toutes les exigences imposées par l'automatisation et ne présente aucun des défauts ci-dessus. Il répond donc à toutes les applications énumérées précédemment, c'est à dire: Soit la commande assistée: la pédale de commande existe toujours, mais les
efforts à appliquer sont réduits.
- Soit l'embrayage - débrayage automatique, commandé par l'action du conducteur
sur le levier de changement de vitesses.
- Soit l'embrayage - débrayage automatique intégré à un groupe motopropulseur entièrement automatisé et équipé d'une boite de vitesse mécanique robotisée ou autre. Le dispositif selon l'invention remplit toutes les conditions nécessitées par une commande d'embrayage - débrayage rapide: Il trouve donc son application partout o un accouplement
temporaire est nécessaire.
Il est constitué d'un électroaimant de forme torique à attraction axiale qui applique la force de pression nécessaire au freinage et à l'immobilisation relative du disque d'embrayage et 20 du volant moteur. Cet électroaimant comporte 2 culasses l'une fixe et l'autre tournant à la vitesse du volant moteur., toutes deux réalisées à partir de poudre de fer présentant de bonnes caractéristiques magnétiques, pressées et agglomérées à chaud. Cet électroaimant a une petite constante de temps électromagnétique, de l'ordre de la milliseconde, et est commandé par un module électronique qui mesure en permanence l'épaisseur de l'entrefer et fournit une force de 25 pression parfaitement maîtrisée dans une plage de fréquences la plus grande possible. La
consommation électrique est réduite au minimum, d'abord parce que l'épaisseur de l'entrefer est maintenue à une valeur minimale comprise entre 0.5 et 1 mm soit par un asservissement électronique pilotant un actionneur électromécanique, soit par un dispositif mécanique, quelque soit l'usure des garnitures de friction, et ensuite par l'ajustement quasi instantané de la force de 30 pression à la valeur exigée par le couple moteur à transmettre.
Sous ensembles constitutifs du dispositif.
Le dispositif comporte 3 sous ensembles distincts qui sont - un sous ensemble électromécanique de puissance, qui transmet le couple du moteur 35 thermique à l'arbre primaire de la boîte de vitesse appelé par la suite embrayage, - dés moyens électroniques réunis dans un sous ensemble électronique de puissance et de mesure qui commande le sous ensemble électromécanique tout en contrôlant le fonctionnement appelé par la suite module électronique, - un sous ensemble de calcul qui intègre les algorithmes de gestion intelligente appelé par la suite module de calcul, Avant de décrire l'invention, il est utile de rappeler les fonctions que doit remplir
un dispositif d'embrayage - débrayage.
Soit (figure 2) un cycle de changement de rapport de vitesse: les couples transmis sont en ordonnées les temps en abscisses. La phase 1 correspond à la libération de la garniture de friction: le couple transmis devient nul. La phase 2 correspond au changement de rapport de la boîte de vitesses proprement dit, 10 qui comprend les étapes habituelles suivantes: approche, puis synchronisation qui équilibre les vitesses et crabotage qui lie sans glissement possible les arbres primaire et
secondaire de la boite de vitesse.
Cette phase dite de rupture de couple (il n'y a aucun couple transmis) doit être la plus
courte possible.
La phase 3 correspond à l'embrayage et la liaison du moteur thermique à l'arbre primaire.
L'embrayage est soumis à un glissement temporaire nécessité par l'équilibrage des vitesses
du moteur et de la boite.
La figure 3 représente pour ces différentes phases l'allure des vitesses de rotation du
moteur thermique et de l'arbre primaire.
DESCRIPTION DE L'EMBRAYAGE:
Les figures 4, 5 et 6 représentent 3 configurations différentes du même dispositif.
La figure 4 représente un mécanisme s'intégrant dans des dimensions de cloche d'embrayage identiques aux dimensions couramment rencontrées, la figure 5 représente 25 une configuration d'épaisseur selon l'axe optimisée mais de diamètre plus important. Cette configuration convient aux groupes moteurs propulseurs transversaux, car elle réduit, à
puissance égale, les dimensions axiales du groupe moto-propulseur.
Les figures 6, 7 et 8 représentent une configuration inversée qui peut être choisie par
exemple lorsque la chaîne cinématique comprend un double volant amortisseur.
Les figures 9a, 9b et 9c représentent schématiquement le rattrapage d'usure utilisé dans les conceptions correspondant aux figures 5 et 6 ainsi que 2 configurations de bobines de champ.
La figure 10 montre un schéma de raccordement des bobines de champ en parallèle.
Les figures 1 la et 1 lb détaillent le rattrapage d'usure utilisé dans la conception figure 6.
La figure 12 est une section selon BB de la figure 6 détaillant la position des 3 secteurs crantés. Préalable: Le sous ensemble mécanique utilise 2 conceptions qui diffèrent par les moyens d'application des forces sur la garniture de friction et les dispositifs de rattrapage d'usure 5 de garniture qui sont des moyens de réglage de l'entrefer (33). Les dispositifs selon les figures 4 et 5 et 9 et 10 font appel à un rattrapage d'usure robotisé, les figures 6, 7 et 8 et
11 à un rattrapage d'usure, donc un moyen de réglage d'entrefer entièrement mécanique.
Description des éléments connus communs à toutes les versions:
Ce sont: le disque d'embrayage (1) qui comporte les garnitures (2) et (3) et l'amortisseur de vibrations (4), coulissant sur l'arbre (5) par l'intermédiaire de cannelures (6). Les garnitures (2) et (3) sont pressées entre le plateau (7) et le volant (8). L'arbre (5) peut être guidé, par un roulement (9) situé dans une alvéole liée au vilebrequin du moteur thermique (10). Le bâti du moteur thermique (11) sont représenté schématiquement ainsi 15 que la cloche d'embrayage, liée au bâti de la boite de vitesse (12). Le palier d'entrée de boite est représenté en (13). Le volant (8) est fixé par un moyen connu au vilebrequin
(10), par exemple des boulons (14).
Description du dispositif selon version 1:
La figure 4 représente une coupe d'un embrayage selon version 1 en 20 fonctionnement. La partie supérieure représente un embrayage neuf, la partie inférieure un
embrayage usé: l'épaisseur des garnitures de friction est diminuée.
Le plateau (7) est rendu solidaire de la couronne (15) par des boulons (17) répartis le long d'un cercle centré sur l'axe général du moteur. Une rondelle élastique (18) de grand diamètre, ou tout autre dispositif pouvant assurer la même fonction maintient 25 écartés le plateau (7) et le volant (8). Plusieurs doigts d'entraînement soit usinés soit emboutis (19) lient en rotation la couronne (15) et le volant (8) permettent leur déplacement axial relatif Dans une première disposition constructive, la couronne (15) comporte, uniformément réparties angulairement des alvéoles (24) visibles figure 12 occupées par des pièces polaires (16) munies de talon (26) servant d'appui. En partie 30 inférieure de la figure 4 une coupe d'une pièce polaire montée de ce type est visible. Dans une seconde disposition constructive plus économique mais nécessitant des moyens de fiittage plus conséquents, les pièces polaires (16) sont remplacées par un tore (16 bis). Ces éléments (16) et (16 bis) forment la culasse mobile de l'électroaimant et sont en matériau ferromagnétique doux et de préférence en poudre de fer pur aggloméré à haute 35 température, procédé utilisant le moulage par compression et délivrant des pièces finies ne nécessitant généralement pas de reprise d'usinage. Elles sont immobilisées sur la couronne (15) par un moyen connu, soit emmanchement à la presse, brasure, rivetage, encliquetage
pour les pièces polaires (16) et brasure pour le tore (16 bis).
En vis à vis de ces éléments (16) et (16 bis), une couronne statique, appelée par la suite stator ou culasse fixe (21) comporte dans une première disposition constructive 3 alvéoles remplies avec un ensemble d'au moins 3 bobines (22) de fil de bobinage, rond ou plat, en cuivre ou en aluminium le bobinage plat étant une solution technologique 5 économique pour ce type de géométrie. Les fils d'entrée et de sortie de cet ensemble (22) sont réunis en parallèle comme le montre la figure 10. La forme rectangulaire des logements de bobines, vues en coupe figure 4, 5 et 6, en directement obtenue de moulage par compression et a l'avantage de diminuer l'inductance propre de ces bobines, donc d'optimiser le temps de réponse électromagnétique, contrairement aux dispositions 10 traditionnelles dotées de cornes polaires. Le stator (21) comporte des rampes hélicodales (27) vues figure 9, et d'une excroissance (28) utilisée pour la fixation d'une chape (29) d'actionneur linéaire (30) destiné à régler l'entrefer à une valeur minimum, qui optimise
ainsi la consommation électrique.
Cet actionneur électromécanique d'une modèle connu tire ou pousse le stator (21) 15 provoquant un mouvement angulaire dudit stator (21), guidé par la pièce (31), qui comporte aussi des rampes hélicodales identiques (32) fixée au bâti moteur (11) soit directement, soit par une pièce de liaison (20). Le mécanisme formé du stator (21), de la pièce (31) et de l'actionneur (30), associé à une mesure électronique de l'épaisseur de l'entrefer (33) séparant le stator (21) des pièces polaires (16) est un dispositif de 20 rattrapage d'usure de la garniture commandé, qui maintient l'épaisseur de l'entrefer à une
valeur acceptable de l'ordre de 0.5 à 1 mm.
Le stator (21) est constitué de matériau ferromagnétique doux de préférence en
poudre de fer agglomérée à haute température, et sa forme permet son obtention d'un seul coup de presse, sans reprise d'usinage ultérieure. Pour les embrayages de grandes 25 dimensions, il peut être réalisé en plusieurs blocs s'assemblant par tenon -mortaise.
Un roulement (23) reporte les efforts axiaux appliqués au volant (8) sur le bâti du
moteur thermique (11). Les bobinages (22) sont alimentés selon un schéma parallèle, selon le dessin figure (8), et sont raccordé à un générateur de courant à courant haché. Cette disposition à l'avantage de réduire les écarts de perpendicularité entre le volant et l'axe 30 général de rotation du moteur, et de stabiliser l'attraction électromagnétique.
Une seconde disposition constructive ne comportant qu'une seule bobine (22 bis) plus économique est possible lorsque les parties en rotation sont suffisamment rigides et qu'il n'y a pas lieu de craindre une déformation provoquant un voile préjudiciable au
maintien de l'entrefer.
Fonctionnement du dispositif selon version 1 Au repos la position de l'actionneur (30) est telle que la position angulaire du stator l'écarte au maximum des pièces polaires (16), cette fonction étant obtenue par les
rampes hélicodales 32 et 27.
Aucun courant n'est envoyé aux bobines (22). La rondelle élastique (18) écarte le plateau (7) du volant (8): les garnitures de friction (2) et (3) ne sont pas en contact avec le plateau (7) et le volant (8). Dès qu'un courant est appliqué aux bobines (22) ou (22 bis), une attraction apparaît entre les pièces polaires (16) ou (16 bis) et le stator (21). Une 5 mesure électronique de la distance les séparant - qui est l'entrefer (33) - commande l'actionneur (30). La rotation relative du stator (21) et de la couronne (31), par l'action des rampes (27) et (31), déplace le stator axialement, réduisant ainsi l'entrefer afin qu'il atteigne une valeur inférieure à une consigne préétablie de l'ordre de 1 millimètre ou moins, La force d'attraction entre le stator (21) et pièces polaires (16) ou (16 bis) est 10 alors, pour un courant électrique donné, optimale. Elle génère une pression de pincement des 2 garnitures de friction (2) et (3) serrées entre le plateau (8) et le volant (7). Cette force se transmet au volant (7) et au bâti moteur (11) par l'intermédiaire du roulement (23). Les relations électromagnétiques suivantes définissent le fonctionnement de 15 l'actionneur ainsi constitué: (figure 14) La force d'attraction électromagnétique est liée à l'induction B et la section de matériau ferromagnétique par F=400 OO.B 2. S (relation 1) Avec B induction dans l'entrefer S surface efficace du stator (ou de l'ensemble des pièces polaires) L'induction est générée ar le courant électrique I: B=12,6. 10L7 N/(2.e) (relation 2) Avec e=épaisseur de l'entrefer N nombre de spires
La force F est donc F=(12,6*N/2)2.S.(JIe)2 (relation 3).
La force dépend donc du rapport (lie). Pour contrôler cette force F, donc la pression sur 25 la garnitures de friction, qui si K est le coefficient de friction est proportionnelle au couple à transmettre:
F=Couple/K.R avec R rayon moyen des disques de friction.
Le courant de commande doit donc être I=a.e.racine(I) Les modules électronique et de calcul gèrent la commande de cette force. 30
Description du dispositif selon version 2
Généralités: Cette disposition est à retenir chaque fois qu'il n'est pas possible
d'utiliser le bloc moteur comme appui: elle permet d'exploiter intelligemment les volumes disponibles souvent de formes complexes, et de démultiplier ou de réduire les 35 déplacements des pièces assurant la génération des forces de pression.
La figure 6 représente une coupe d'un embrayage selon version 2 en fonctionnement. La partie supérieure représente un embrayage neuf. l'épaisseur des garnitures de friction est diminuée. La partie inférieure un embrayage usé. Dans cette version décrite figures 6, 7a, 7b, 8, 11, la force d'application sur le plateau s'effectue par
l'intermédiaire de plusieurs biellettes (36) munies d' une partie cylindrique (51) formant arbre pivotant autour de l'axe virtuel (50), et dans le palier (52) solidaire de la coque en acier embouti (35) fixée au volant (8) par des moyens connus, vis (48) par exemple. Selon la position de cet axe (50), les biellettes (36) font levier soit multiplicateur, soit réducteur 5 d'effort. Une extrémité des biellettes (36) s'appuie sur le plateau (7), l'autre est tirée par la bague (38) coulissant librement sur la pièce de forme (49), dont une extrémité est rendue solidaire de la coque (35) par exemple par soudure ou brasure l'autre comportant une denture cylindrique de profil dissymétrique décrit figure 11. Cette bague est solidaire du disque en matériau magnétique non conducteur, par exemple en poudre de fer pressé et 10 aggloméré à chaud (37).
Ce disque (37) est placé en vis à vis d'une culasse fixe appelée stator
(44), ménageant comme précédemment version 1 un entrefer radial. Ce stator (44) comporte une ou 2 bobines de champ (53) ou (43), l'option à 2 bobines fig 8a assurant un équilibre des forces d'attraction, l'option utilisant une bobine fig 8b étant réservée aux 15 structures rigides.
Le stator (44) comporte deux trous cylindriques (54) destinés à recevoir 2 pions cylindriques (55) assurant l'immobilisation en rotation du stator mais permettant son coulissement axial. Deux ressorts de rappel en alliage de cuivre et de béryllium (45) fixés sur l'embase (47) par exemple par vis (46) assurent au repos le placage du stator sur son 20 embase (47) elle même fixée par vissage par exemple sur la boite de vitesse (12). Ces ressorts assurent en même temps un contact latéral par leur pression sur le stator( 47) et jouent le rôle de conducteurs de chaleur, évacuant la chaleur dégagée par les bobines vers la boite de vitesse, les alliages de cuivre et de béryllium ayant une bonne conductibilité thermique. La butée (42), sépare le stator, dont la rotation est interdite, du dispositif de rattrapage d'usure mécanique constitué des secteurs crantés (40), des joncs élastiques (41) et de la rondelle Belleville (39) destiné à régler l'entrefer à une valeur minimum, qui
optimise ainsi la consommation électrique.
Fonctionnement du dispositif selon version 2: 1- Fonctionnement à la mise en pression: Lorsqu'un courant électrique est établi dans la (ou les) bobines de champs
(43)ou (53), le disque (37) est attiré, provoquant le basculement des biellettes (36) et donc le transfert de la force électromagnétique selon le rapport des bras de levier défini par le point de contact sur le plateau (7), l'axe (50), et le point de contact des biellettes 35 sur la bague (38).
La force électromagnétique est transférée au volant (8) via le stator (44) en contact avec la butée (42), elle même en contact avec les secteurs crantés (40), bloquées
en translation sur la pièce de forme (49) qui est solidaire de la coque (35).
2- Fonctionnement du rattrapage d'usure mécanique (figure 11).
Au premier montage, les secteurs (40) sont placés de telle sorte que l'entrefer lorsque les bobines parcourues par un courant nominal soit réglé entre 0.5 et lmm. Ils sont plaqués contre la pièce de forme (49) par les joncs élastiques (41) (Etat 1 de la figure 11) En position de repos, le stator (47), sollicité par les ressorts de rappel (45), recule
et se plaque contre l'embase (47).
Lors d'une nouvelle excitation des bobines, dans un premier temps, et compte
tenu du rapport des inertie entre parties tournantes et stator, et des frottement volontaires appliqués par les ressorts (45) sur le stator( 47), le disque (37) se déplace et s'arrête dès 10 que les garnitures de friction (3) et (2) sont en contact avec le plateau (7) et le volant (8).
Ensuite le stator (47) vient, par l'intermédiaire de la butée (42), s'appuyer sur les secteurs (40). Lors de la mise en contact des garnitures de friction (2) et (3), du plateau (7) et du volant (8), et lorsque les garnitures de friction ont diminué d'épaisseur par usure, alors l'angle fait par les biellettes (36) et le plan de la coque (35) augmente, et la 15 bague (38) se déplace vers la droite (figure 6 et 11), repoussant la rondelle belleville (39), et les secteurs (40). Si ce déplacement est supérieur au pas de la denture, les secteurs
s'encliquettent en sautant une dent de la denture de la pièce de forme (49).
La séquence 1 figure 11 représente le mécanisme en cours de mouvement: les secteurs (40) se déplacent vers la droite, le stator (47) et la butée (42) se déplaçent vers la gauche. 20 La séquence 2 correspond à l'encliquetage des secteurs (40)
La séquence 3 représente le nouveau point de fonctionnement stabilisé.
La rondelle belleville (38) par sa flexibilité, permet d'ajuster l'entrefer entre 2
encliquetages successifs et donc d'assurer la progressivité.
Fonctionnement électromagnétique:
Il est identique au fonctionnement électronique décrit précédemment version 1.
Description et fonctionnement du module électronique (fig 13, 14, 15 et 16) et de
son module de commande.
La génération du courant de commande des électroaimants est effectuée par un 30 générateur à courant haché de technologie connue schématiquement représenté (56), utilisant des interrupteurs électroniques (57) tels que des transistors à effet de champ, IGBT, triacs, transistors bipolaires. Un capteur de courant (58) mesure en permanence le courant envoyé vers les bobines (22, 22 bis, 43 ou 53). Un autre capteur de courant (59) mesure le courant
circulant entre la batterie (60) et le module électronique.
Un capteur de tension (61) mesure la tension batterie. Le module de commande (62) pilote l'ouverture et la fermeture des interrupteurs (57) de façon à maintenir le courant entre 2
limites Imax et Imin encadrant le courant nominal 10, valeur du courant à injecter.
Soit L l'inductance des bobines et R leur résistance ohmique, nécessairement toujours
très faible pour limiter les pertes par effets joule (figure 16).
Lorsque l'interrupteur (63) figure 16 se ferme, l'équation du comportement dynamique du circuit est U= L.di/dt + R.i avec U= tension aux bornes de la bobine égale à Ubat tension aux bornes de la batterie (figure 16: courbe i en fonction du temps) Si la résistance R est petite alors i= (1/L). E U.dt soit encore (U=Ubat est constant) (partie OA de la courbe figure 16 i= (IL). Ubat.t La croissance ou la décroissance (cas du dispositif réel dont le fonctionnement est schématisé 10 figure 14) du courant est linéaire avec le temps et la pente de la courbe est égale à U/L, donc inversement proportionnelle à la valeur de la self. Le temps de commutation At, ou période d'oscillation du courant I figure 14 est donc, à tension de batterie constante At= (ImaxImin).L/U soit encore Ai.L/U en posant Ai=Imax-Imin La self induction d'un électroaimant (figure 15) dépend de la structure constituée, quelle que 15 soit la version, par le stator et la ou les pièces polaires, et varie en fonction de l'entrefer. La loi
générale est semblable à la courbe représentée.
Selon l'invention, un compteur de temps programmé mesure constamment l'intervalle de temps
At, et donc connaissant U, At et Ai, L est calculé et fournit la valeur de l'entrefer e.
Comme la force d'attraction est donnée par la relation F=(12,6N/2)2S(I/e) 2 (relation 3 page 20 6) le courant 10 à imposer, pour obtenir une force FO est donné par = 1/(6,3.N).(e/VS).,F, soit encore I0=constante.e).,F Ce procédé de mesure de l'entrefer permet donc une commande en courant stable et précise, corrigeant ainsi un actionneur réputé instable qui n'était utilisé que dans des automatismes binaires ( tout ou rien) Un autre module (64) calcule en permanence la température des enroulements des bobines, grâce à l'algorithme suivant utilisant les trois valeurs mesurées, tension batterie, courant batterie et courant bobine: La résistance d'une bobine suit une loi R=RO(I+a.At ) avec At élévation de température depuis tO température de référence 30 RO résistance initiale à la température tO act coefficient de température du matériau constitutif des bobines Les pertes Joules s'expriment par W= Rb.102+Rfil. Io12+Rint. 102 avec Rb = résistance des bobines Rfil= résistance des fil de raccordement Rint= résistance des interrupteurs à l'état passant, et
Io courant de consigne.
Ces dernières résistances Rfil et Rint sont toujours inférieures à la résistance des bobines, donc West peu différent de Rb.1o2 L'énergie fournie par la batterie est égale à cette énergie W Donc Ubat.Ibat= Rb. 102 et Rb= Ro(1+c.At0)= Ubat.JbatIIO2 et l'élévation de température est donc At'= 1/c.((Ubat.Ibat/(Io2-Ro))-1) Cette connaissance est utile pour alerter lors d'une surchauffe des bobines qui peut intervenir
pour tout événement ou fonctionnement imprévu et évite donc les dégradations.
Description et fonctionnement du module de calcul (figure 13)
Ce module de calcul (65) est constitué d'un microcontrôleur (66) et de ses annexes. Il reçoit dans la version la plus évoluée les données suivantes:
- L'accélération du véhicule.
- Le couple moteur, donnée issue du calculateur du moteur.
- La vitesse angulaire du moteur.
- La vitesse angulaire de l'arbre primaire de boîte.
- La valeur de l'entrefer calculé par le module de commande du module électronique.
- La valeur de l'échauffement des bobines calculé par le module de commande du module électronique. Physiquement, ce module de calcul peut intégrer le module de commande du module
électronique ce qui est une solution technologique peu coteuse.
La séparation effectuée dans cette description n'est faite que pour rendre les explications plus
compréhensibles. Principe de l'algorithme de stratégie:
Remarque: les stratégies de commande de boîtes robotisées ne sont pas décrites ici.
Seules sont décrites les stratégies et les fonctions propres à l'invention.
Ces fonctions sont:
1)L'utilisation de l'accélération du véhicule pour obtenir des phases d'embrayage et de débrayage optimisées, afin d'assurer un confort des passagers optimum lors du passage des 30 rapports de vitesses.
2) L'utilisation du couple moteur afin de générer un courant de commande juste suffisant pour
éviter le glissement.
3) L'utilisation des vitesses moteur et arbre de boite pour éliminer les broutements, optimiser les vitesses des transitions d'embrayage et de débrayage et assurer le glissement contrôlé lors 35 de phases dites de creeping, maintien d'un léger couple moteur lorsque le véhicule est à l'arrêt. 4) l'utilisation de la température des bobines pour donner une alerte ou
modifier une stratégie.
) l'utilisation de l'entrefer pour surveiller l'usure et donner l'alerte en cas de limite d'usure. 6) l'utilisation simultanée de la vitesse et du couple moteur et de la vitesse de l'arbre de boite et de la force de pression générée afin de mettre à jour automatiquement les caractéristiques de il
frottement dynamiques et statiques, qui évoluent en cours d'utilisation et en fonction de l'usure.
Cet algorithme utilise les moyens fournis par la logique floue et les réseaux de neurones virtuels. En particulier il délivre une estimation de la température des garnitures, par comparaison des caractéristiques déduites des mesures effectuées à chaque instant et des caractéristiques du modèle évolutif appris. Les informations et les signaux de commande délivrés par ce module de calcul sont: 1) la valeur de consigne de la force à générer par l'électroaimant 2)1' alerte de limite d'échauffement atteinte par les bobines 3)1' alerte de limite probable d'échauffement de la garniture 4) la commande, dans le cas o il existe, d'un bloc auxiliaire non décrit ) la mesure de l'épaisseur de la garniture et l'alerte de limite d'usure atteinte
Claims (7)
1) Dispositif actionneur d'embrayage et de débrayage utilisant un électroaimant de forme torique dont une culasse, immobile en fonctionnement (21, 22) est 5 solidaire du bâti fixe(11, 12) et l'autre, tournante (16, 16is, 37), liée rigidement au mécanisme de friction (2, 3, 7, 8), doté d'un moyen de réduction de la consommation électrique par réglage de l'entrefer (27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 39, 40, 41, 49) séparant les culasses, et comprenant des moyens électroniques de commande (67) et des moyens de calcul (65) qui 10 définissent les niveaux des courants de commande et donc les forces de
pression de garnitures de friction (2, 3) qui sont appliquées avec des temps d'établissement quasi instantané.
2) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les culasses (21, 16, 16 bis, 37, 44) sont situées au plus près du mécanisme de friction, et sont liées le 15 plus rigidement possible d'une part au bâti (11, 12) et d'autre part au mécanisme de friction. Une version utilise des biellettes (36) faisant office de levier multiplicateur ou démultiplicateur d'effort. 3) Dispositif selon revendication 2 caractérisé en ce que la géométrie des bobines
(22, 22 bis) et de la culasse fixe (21, 44) est choisie pour obtenir une 20 inductance minimum.
4) Dispositif selon revendications 2 et 3 caractérisé en ce que ces 2
revendications assurent une bande passante importante, et donc un temps de réponse très court.
) Dispositif selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les culasses sont
obtenues par pressage de poudre de fer ensuite agglomérée à chaud.
6) Dispositif selon revendication 1, 2 et 5 caractérisé en ce que la culasse immobile (21, 44) comporte soit une seule bobine de champ (22 bis, 53) soit plusieurs bobines de champ (22, 43) assemblées selon un montage parallèle stabilisateur des efforts électromagnétiques. 30 7) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de réglage de l'entrefer (27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 39, 40, 41, 49) est obtenu par un déplacement axial de la culasse immobilisée en rotation (21, 44). 8) Dispositif selon revendication 7 caractérisé en ce que selon les versions la culasse (21) est dotée de rampes (40) glissant sur des rampes semblables (49) 35 liées au bâti (11), ces rampes provoquant un déplacement axial lorsque la culasse est déplacée angulairement par l'intermédiaire d'un actionneur linéaire (30) piloté par les moyens électroniques et de calcul. Selon une autre version, la culasse (44) se déplace axialement par l'effet conjugué de ressorts de rappel (45), de secteurs crantés (40), de joncs élastiques (14) et d'une rondelle
belleville 39), qui règlent l'entrefer minimum (33).
9) Dispositif selon revendication 1 en ce que les moyens électroniques (67) déterminent l'épaisseur de l'entrefer (33) par mesure de la période des 5 oscillations de courant générées par un commutateur (57) commandé (62) par 2 niveaux de courant, Imax et Imin encadrant le courant nominal TO, cette
période dépendant de l'inductance elle même dépendant de l'entrefer (33).
) Dispositif selon revendication 9 caractérisé en ce que les moyens électroniques (67) déterminent le courant à établir par calcul de la relation liant l'entrefer 10 (33), le courant parcourant les bobines et la force d'attraction des culasses voulue. 11) Dispositif selon revendication 9 caractérisé en ce que les moyens électroniques
(67) calculent, en utilisant la mesure de la tension et le courant d'alimentation et le courant parcourant la ou les bobines et la relation les liant à la résistance 15 des bobines l'échauffement de celles ci (64).
12) Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de calcul (65) déterminent la force à appliquer en fonction du couple du moteur thermique, de l'accélération du véhicule, des différences de vitesses angulaires du moteur et de l'arbre de boite, du rapport engagé, et informe de l'état 20 d'usure de la garniture, de la température des bobines, de la température de la
garniture, et des avaries électriques et mécaniques.
13) Dispositif selon revendication 12 caractérisé par ce que les moyens de calcul
(65) comportent un algorithme de logique floue ou un réseau de neurones auto adaptif qui fournit une estimation de la température prise par les 25 garnitures, quelque soit le régime de fonctionnement et l'usure.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3857468A (en) * | 1973-04-05 | 1974-12-31 | Ogura Clutch Co Ltd | Self-adjusting clutch or brake |
| JPS60121327A (ja) * | 1983-12-01 | 1985-06-28 | Shinko Electric Co Ltd | 電磁クラツチ・ブレ−キの空隙調整装置 |
| DE3734825A1 (de) * | 1987-10-14 | 1989-04-27 | Mayr Christian Gmbh & Co Kg | Zentrale luftspaltverstellung bei einem elektromagnet-kupplungs- und/oder bremsaggregat |
| US4993532A (en) * | 1988-12-14 | 1991-02-19 | Chr. Mayr. Gmbh & Co. Kg | Automatic readjusting assembly for an electromagnetic clutch or brake apparatus |
| EP0154834B1 (fr) * | 1984-02-17 | 1991-03-27 | Dana Corporation | Méthode et dispositif pour commander les accouplements électromagnétiques |
-
2002
- 2002-11-04 FR FR0213732A patent/FR2846722B1/fr not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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