FR2932544A1 - Dispositif de detection de position d'un mecanisme mobile se trouvant dans un carter contenant de l'huile - Google Patents

Abstract

Dispositif de détection de position d'un mécanisme mobile (28) se trouvant dans un carter (70) contenant de l'huile, ce dispositif de détection comprenant un capteur (32) contenant un aimant de détection qui reçoit des projections d'huile, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un aimant permanent de protection (72) disposé à proximité du capteur (32), et sensiblement dans le flux (F) des projections d'huile.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE POSITION D'UN MECANISME MOBILE SE TROUVANT DANS UN CARTER CONTENANT DE L'HUILE

La présente invention concerne un dispositif de détection de position d'un mécanisme mobile dans un carter contenant de l'huile, en particulier pour une commande interne de boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant un capteur de position pour déterminer des positions particulières de la commande.

Les boîtes de vitesses manuelles des véhicules automobiles comportent un arbre primaire lié au moteur du véhicule par un embrayage, et au moins un arbre parallèle récepteur lié aux roues motrices du véhicule. Ces arbres peuvent être reliés entre eux par des couples de pignons formant chacun un engrenage transmettant le mouvement d'un arbre à l'autre suivant différents rapports de démultiplication, et correspondant respectivement à autant de rapports de vitesse. Un des pignons de chaque engrenage est solidaire d'un des arbres, l'autre pignon de l'engrenage monté libre en rotation sur l'autre arbre, peut être rendu solidaire de son arbre par le coulissement axial d'un manchon de synchronisation réalisant une synchronisation des vitesses par un dispositif de frottement, puis un crabotage assurant la solidarisation du pignon. Pour l'engagement des rapports de vitesse, un levier de vitesse manoeuvré par le conducteur réalise un mouvement de sélection pour sélectionner un des axes portant une fourchette de commande d'un manchon de synchronisation, puis un mouvement de passage pour engager un rapport de vitesse par un coulissement axial de cette fourchette. Une position particulière de la commande de boîte de vitesses correspond au point mort où aucun rapport de vitesse n'est engagé. Les véhicules récents peuvent comporter des systèmes de démarrage automatisé du moteur thermique, comprenant par exemple une commande de démarrage par bouton poussoir, ou un alternateur-démarreur qui arrête et remet automatiquement en marche le moteur lors d'un arrêt prolongé du véhicule (système Stop et Start STT ). Ces systèmes de démarrage automatisé mettent en oeuvre une séquence pilotée par un calculateur électronique, qui lance un cycle de démarrage. Ce lancement nécessite la présence d'un système de sécurité garantissant qu'aucun rapport de vitesse ne soit engagé au préalable, ni ne s'engage pendant son déroulement. Ce système de sécurité comprend une détection de la position du point mort de la commande interne de la boîte de vitesses, cette détection devant être particulièrement fiable.

Suivant une disposition connue présentée notamment dans le document FR-A1-2902853, un capteur de position est fixé sur un carter de la boîte de vitesses, et une cible axiale métallique est fixée radialement sur un axe de commande réalisant des mouvements de translation ou de rotation, pour effectuer une sélection ou un passage des rapports de vitesse. Suivant la position de l'axe de commande, la cible axiale peut s'aligner sur le capteur, en particulier dans une position de point mort, sa face avant d'extrémité axiale formant une cible qui est détectée par le capteur. On obtient ainsi une information qui confirme une position bien définie de l'axe de commande, et donc d'un état des rapports engagés.

Dans le cas où on utilise un capteur comportant un aimant, par exemple un capteur à effet Hall mesurant une variation de champ magnétique lors des déplacements d'une cible en face de l'aimant, un inconvénient principal est que cet aimant peut récupérer de la limaille métallique générée par l'usure de composants dans la boîte de vitesses et brassée par l'huile de lubrification, qui vient se coller sur le capteur. Cette limaille métallique peut venir perturber le signal lu par le capteur, et induire des erreurs. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un moyen simple et efficace, 30 permettant de réduire les risques de perturbation du signal du capteur.

Elle propose à cet effet un dispositif de détection de position d'un mécanisme mobile se trouvant dans un carter contenant de l'huile projetée, ce dispositif de détection comprenant un capteur contenant un aimant de détection qui reçoit des projections d'huile, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un aimant permanent de protection disposé à proximité du capteur, et sensiblement dans le flux des projections d'huile. Un avantage du dispositif de détection selon l'invention est que l'aimant permanent de protection peut récolter au passage du flux d'huile projeté, de la limaille métallique contenue en suspension dans cette huile.

Le dispositif de détection selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles Avantageusement, l'aimant de protection a la forme d'un disque. L'aimant de protection peut être disposé au-delà d'une distance de sécurité de la face de détection du capteur, matérialisée par une sphère. La sphère de distance de sécurité peut comporter un centre légèrement décalé en arrière du centre de la face de détection, et un rayon qui est de l'ordre de 30 mm. Avantageusement, le dispositif de détection de position comporte un capteur à effet Hall. Selon une utilisation particulière, le dispositif de détection de position détecte des positions d'une cible liée à une commande de boîte de vitesses d'un véhicule automobile qui est disposée dans un carter, pour déterminer une position de point mort de cette boîte de vitesses.

L'aimant de protection peut se trouver sensiblement suivant un axe médian entre deux pignons de la boîte de vitesses, formant un engrenage réalisant un rapport de vitesse. Une face du disque plat de l'aimant de protection peut être sensiblement tournée vers le flux d'huile, l'axe du disque se trouvant dans le plan des pignons.

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 présente de manière schématique une grille de passage des rapports de vitesse ; - la figure 2 présente en perspective un dispositif interne de commande de boîte de vitesses ; - la figure 3 est un graphique présentant différents niveaux de signaux émis par un capteur à effet Hall, en fonction d'un dépôt de limaille sur ce capteur ; - la figure 4 présente en vue de côté un capteur à effet Hall ; et - la figure 5 présente en perspective un dispositif de détection selon l'invention, comprenant un aimant fixé dans un carter de boîte de vitesses. La figure 1 présente une grille en H de passage des vitesses 1 dans laquelle se déplace une commande actionnée par le conducteur, comprenant une rainure centrale horizontale de sélection d'une fourchette de commande, et trois rainures verticales de passage où la fourchette sélectionnée coulisse axialement pour engager un rapport de vitesse. La grille de passage des vitesses 1 comporte une zone centrale 2 comprenant la partie centrale de la rainure de sélection, et celle de la rainure de passage du milieu permettant le passage des troisième et quatrième rapports de vitesse. Cette zone centrale 2 correspond à une zone certaine de point mort de la boîte de vitesses. La grille de passage des vitesses 1 comporte aussi une zone extérieure hachurée 4 comprenant la partie périphérique de la grille où les différents rapports peuvent être engagés, qui correspond à une zone certaine où la boîte de vitesses n'est pas au point mort. Entre ces deux zones on a une zone 6 formant une couronne intercalaire, appelée zone de commutation, où s'accomplissent les changements d'état de la boîte de vitesses.

La figure 2 présente une commande interne 21 d'une boîte de vitesses comprenant un support 22 fixé à l'intérieur du carter de la boîte de vitesses, supportant l'ensemble du dispositif de commande interne. Un axe de passage 24 peut subir un mouvement de coulissement axial pour effectuer une sélection et mettre successivement un doigt de passage à la hauteur de noix de fourchette superposées, qui commandent chacune le coulissement d'un axe portant une fourchette. L'axe de passage 24 reçoit à son extrémité sortant de la boîte de vitesses, un bras de commande 26 comportant une rotule reliée au mouvement de passage du levier de changement de vitesse actionné par le conducteur, pour entraîner cet axe en rotation et effectuer des mouvements de passage. La commande de boîte 21 comporte un verrouillage à bille lié au carter de boite de vitesses, comprenant une bille de positionnement du doigt de passage dans des positions définies, qui est pressée sur une surface de came 28 liée au doigt de passage et comportant un profil transversal constant. En particulier, cette surface de came 28 comporte une rainure axiale centrale qui correspond à un maintien en position de la commande dans la rainure horizontale de sélection de la grille de passage des vitesses 1. Axialement en bout de la surface de came 28, se trouve une cible métallique 30 sensiblement cylindrique, disposée radialement par rapport à l'axe de passage 24, qui suit les mouvements du doigt de passage. Un capteur de position 32 fixé au carter de la boîte de vitesses, comporte aussi une forme sensiblement cylindrique disposée radialement. Dans une position de point mort correspondant à la zone certaine de point mort 2, l'axe de la cible 30 est sensiblement aligné sur l'axe du capteur 32, sa face d'extrémité avant venant en face de celle du capteur, avec interposition d'un petit jeu d'entrefer.

De préférence ce jeu d'entrefer est le plus faible possible pour apporter une plus grande sensibilité au capteur, et obtenir une information plus fiable.

Le capteur 32 est à effet Hall. Son extrémité avant comporte un aimant qui détecte sans contact et donc sans usure, la proximité de la face d'extrémité avant métallique de la cible 30 pour envoyer une information de position du doigt de passage correspondant à la zone certaine de point mort 2, à un calculateur électronique non représenté, et permettre d'effectuer certaines opérations comme par exemple le démarrage du moteur thermique. Un problème qui se pose est que malgré généralement la présence d'un aimant sur le bouchon d'huile de la boîte de vitesses pour récupérer la limaille issue de l'usure des pièces internes de la boîte de vitesses, il peut rester une limaille fine en suspension ou en transition dans l'huile continuellement brassée lors du roulage, qui est projetée notamment par la rotation des pignons de passage du couple moteur, et vient se coller sur l'aimant du capteur 32. Cette limaille qui s'intercale dans le jeu d'entrefer perturbe la valeur de l'entrefer et donc la mesure effectuée par le capteur 32. Le tableau présenté figure 3 comporte suivant l'axe horizontal représentant le débattement angulaire de la cible autour de la position théorique de point mort 0, une zone centrale 40 représentant un débattement angulaire ùa / +a correspondant à la zone certaine 2 de point mort, et deux zones latérales 42 correspondant à des positions hors de ce débattement angulaire. La commande de boîte de vitesses se déplace dans ce cas suivant une des rainures passant par la position de point mort, qui peut être la rainure de sélection ou la rainure de passage du milieu, le signal du capteur représenté sur la figure 3 gardant une courbe 52 similaire dans ces deux cas, avec une intensité qui peut varier. Les courbes supérieures 50 et inférieures 54 définissent un intervalle de tolérance dans lequel suite à différentes perturbations, se trouve un signal 52 d'un capteur 32, qui est délivré sous forme d'une modulation de largeur d'impulsions (PWM).

La droite horizontale 48 correspond à un seuil de commutation entre les états point mort et hors point mort, que l'on définit dans le calculateur moteur par exemple. On constate que suivant la position de la courbe du signal 52 dans l'intervalle de tolérance, on a un déplacement du point de franchissement du seuil de commutation 48 entre l'état point mort et l'état hors point mort, ce qui crée deux zones de transition délimitées par les flèches horizontales 46, correspondant à la zone de commutation 6. On notera que cette zone de commutation 6 est aussi bien valable pour un mouvement de sélection que de passage. On constate que le signal 52 s'affaiblissant de plus en plus en tendant vers la courbe inférieure 54, les montées sont de moins en moins franches, la plage de détection de point mort certain 2 au dessus du seuil de commutation 48 est de plus en plus réduite ce qui réduit aussi l'amplitude du mouvement permettant une détection certaine du point mort. L'augmentation de la quantité de limaille équivaut à une diminution de l'entrefer, ce qui accroît la valeur du champ magnétique. Ainsi plus on a de limaille, plus on tend vers la courbe limite supérieure 50. De ce fait dans la zone de commutation 6, le capteur peut délivrer un signal qui reste au dessus du seuil de commutation 48 correspondant à un point mort certain, alors qu'un rapport de la boîte de vitesse est engagé. Le système de détection n'est pas robuste. En pratique, avec un capteur comportant plus de 0,25 gramme de limaille collée dessus, le signal 52 est trop fort. Pour un mouvement du doigt de passage supérieure à +/-6° correspondant à la limite au-delà de laquelle un rapport de vitesse peut être engagé, on peut délivrer une information de point mort. Les figures 4 et 5 présentent un capteur 32 à effet Hall, comportant une partie arrière 60 fixée à l'extérieur d'un carter de boîte de vitesses 70, et une partie avant cylindrique 62 qui traverse ce carter, la face avant de détection 64 se trouvant dans le carter contenant de l'huile. Cette partie avant 62 contient un aimant permanent, et une sonde à effet Hall qui enregistre des variations de champs magnétique dues au passage latéralement d'un cible métallique 30 liée à un axe de passage, devant la face avant de détection 64. Le carter de boîte de vitesses 70 contient des pignons 74 formant un engrenage, disposés sur des arbres parallèles. Les arbres parallèles comportant axialement une succession d'engrenages pour former les différents rapports de vitesse, certains de ces engrenages se trouvent sensiblement dans un plan transversal proche de la partie avant 62 du capteur 32.

Suivant le sens de rotation des pignons 74, on peut avoir une projection d'huile par ces pignons sensiblement suivant un axe présenté par la flèche F, qui est médian entre les deux pignons. Cet axe passe à proximité du capteur 32, l'huile projetée par cet engrenage arrosant directement la face de détection 64, et on constate que de la limaille en suspension dans cette huile reste retenue par l'aimant sur cette face de détection. Un aimant permanent 72 de protection est disposé sensiblement sur l'axe de projection F, entre l'engrènement des pignons 74 et le capteur 32. L'aimant de protection 72 est disposé dans une position proche du capteur 32, mais au-delà d'une distance de sécurité de la face de détection 64, pour que son champ magnétique ne perturbe pas le signal du capteur. L'aimant permanent 72 a la forme d'un disque plat dont une face est sensiblement tournée vers le flux d'huile F, l'axe du disque se trouvant dans le plan formé par les engrenages 74. La distance de sécurité est matérialisée par une sphère S autour de cette face, dont le rayon r est centré sur l'axe du capteur à une petite distance d en arrière du centre de la face de détection 64. Pour certains types de capteur, la distance de sécurité peut comprendre une sphère S de 30 mm de rayon, dont le centre se trouve à 3 mm en arrière de la face de détection 64.

Avec cette disposition on a constaté après des essais, que pratiquement aucune limaille ne se dépose sur le capteur 32, la très grande majorité de cette limaille étant captée et retenue par l'aimant permanent de protection 72. L'aimant de protection 72 suivant l'invention rend possible dans une boîte de vitesses l'utilisation d'un capteur à effet Hall comportant des caractéristiques intéressantes, ce qui généralement pose des problèmes. Cette protection est simple et économique. De plus elle est robuste, permettant de garantir pendant toute la durée de vie du véhicule une intégrité du signal du capteur 32, et une fiabilité de la détection de la position du point mort. On ne risque pas de détecter un point mort permettant un démarrage du moteur thermique, alors qu'un rapport de vitesse serait engagé ce qui déplacerait le véhicule de manière imprévue. On peut ainsi plus facilement implanter dans le véhicule des systèmes de mise en route automatique du moteur thermique, permettant de réaliser des économies d'énergie.

En variante la boîte de vitesses peut être robotisée, comportant des actionneurs pour réaliser les changements de vitesse.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 û Dispositif de détection de position d'un mécanisme mobile (28) se trouvant dans un carter (70) contenant de l'huile, ce dispositif de détection comprenant un capteur (32) contenant un aimant de détection qui reçoit des projections d'huile, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un aimant permanent de protection (72) disposé à proximité du capteur (32), et sensiblement dans le flux (F) des projections d'huile. 2 û Dispositif de détection de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant de protection (72) a la forme d'un disque. 3 û Dispositif de détection de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant de protection (72) est disposé au-delà d'une distance de sécurité de la face de détection (64) du capteur (32), matérialisée par une sphère (S). 4 û Dispositif de détection de position selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sphère (S) de distance de sécurité comporte un centre légèrement décalé en arrière du centre de la face de détection (64), et un rayon qui est de l'ordre de 30 mm. 5 û Dispositif de détection de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (32) à effet Hall. 6 û Dispositif de détection de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il détecte des positions d'une cible (30) liée à une commande de boîte de vitesses d'un véhicule automobile qui est disposée dans un carter (70), pour déterminer une position de point mort de cette boîte de vitesses. 7 û Dispositif de détection de position selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'aimant de protection (72) se trouve sensiblement suivant un axe médian entre deux pignons (74) de la boîte de vitesses, formant un engrenage réalisant un rapport de vitesse.8 ù Dispositif de détection de position selon les revendications 2 et 7, caractérisé en ce qu'une face du disque plat de l'aimant de protection (72) est sensiblement tournée vers le flux d'huile (F), l'axe du disque se trouvant dans le plan des pignons (74).