FR3107235A1

FR3107235A1 - Procédé de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre d’une boîte de vitesses d’un véhicule automobile

Info

Publication number: FR3107235A1
Application number: FR2001533A
Authority: FR
Inventors: Damien FAUST; Fabrice RIESENMEY
Original assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: FR3107235B1

Abstract

Ce procédé de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre (1) d’une boîte de vitesses (B) d’un véhicule automobile comporte les étapes suivantes : Détection (25) d’une vibration anormale d’une fourchette (15) reliée et solidaire de l’arbre (1) à l’aide d’un capteur (20) de position de la fourchette (15) ; Etablissement d’un diagnostic (26) de prise de jeu de l’arbre (1) ; Envoi (27) d’un signal d’alerte perceptible par le conducteur du véhicule automobile ; Mémorisation (28) d’au moins un paramètre de roulage du véhicule et d’au moins un paramètre de détection de vibrations anormales ayant servi à l’établissement d’un diagnostic de prise de jeu de l’arbre (1) ; et Activation (29) d’une stratégie de protection de l’arbre (1). Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Procédé de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre d’une boîte de vitesses d’un véhicule automobile

L’invention concerne, de manière générale, les systèmes de détection de desserrages de pièces mécaniques qui engendrent notamment la prise de jeu d’arbres de transmission de couple.

Une application particulièrement intéressante de l’invention concerne la détection d’une prise de jeu d’un empilage d’une chaîne de transmission de couple d’une boîte de changement de vitesse hybride ou robotisée d’un véhicule automobile.

Toutefois, l’invention s’applique également à tout autre type de véhicule pourvu d’un arbre de transmission de couple.

Techniques antérieures

Les boîtes de vitesses, qu’elles soient par exemple mécaniques robotisées ou hybrides, sont sujettes à des prises de jeux axiaux d’arbres de transmission présents dans les boîtes.

En effet, un arbre est maintenu en place dans la boîte par des moyens de fixation tels que des clips ou des brides de maintien. Si ces moyens de fixation se desserrent ou se cassent, du jeu axial apparaît sur l’arbre.

La mécanique interne d’une boîte de vitesses est également soumise à deux différents types de forces qui peuvent intervenir dans la prise de jeu de l’arbre.

Premièrement, des forces axiales engendrées par la rotation du système de transmission et son architecture, notamment l’inclinaison des dentures des pignons, exercent sur l’arbre un effort conséquent et favorisent la prise de jeu axial.

Deuxièmement, une commande de sélection de rapport de vitesse sur une fourchette reliée à l’arbre maintient la fourchette par un système hydraulique, électrique ou par une force de billage et exerce sur la fourchette un effort qui aide à la maintenir en place même si l’arbre présente un faible jeu.

Cependant, lorsque les forces axiales sont supérieures à la force de billage ou que les systèmes hydraulique et électrique de la commande de sélection autorisent un léger débattement axial, du jeu axial peut également apparaître sur l’arbre de transmission ainsi que sur la fourchette qui lui est reliée.

L’apparition de la prise de jeu axial est généralement suivie d’une augmentation du jeu jusqu’à destruction de la boîte de vitesses suite au contact et à l’interférence entre différentes pièces.

Des dispositifs existants permettent de détecter l’usure de pièces mécaniques grâce à l’introduction d’un accéléromètre dans la boîte de vitesses. Cependant, ces systèmes ne permettent pas de confirmer un desserrage des moyens de fixation de l’arbre avant que le jeu ne commence à user les pièces mécaniques. Ils détectent l’anomalie uniquement une fois qu’il y a interférence entre deux pièces mécaniques. Il est alors déjà trop tard pour ralentir le processus car la destruction de la boîte de vitesses est déjà amorcée.

La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients des systèmes précités et d’améliorer la réduction des grandeurs précédemment décrites.

L’invention a donc pour objet un procédé de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre d’une boîte de vitesses d’un véhicule automobile comportant les étapes suivantes:

Détection d’une vibration anormale d’une fourchette reliée et solidaire de l’arbre à l’aide d’un capteur de position de la fourchette ;
Etablissement d’un diagnostic de prise de jeu de l’arbre;
Envoi d’un signal d’alerte perceptible par le conducteur du véhicule automobile;
Mémorisation d’au moins un paramètre de roulage du véhicule et d’au moins un paramètre de détection de vibrations anormales ayant servi à l’établissement d’un diagnostic de prise de jeu de l’arbre; et
Activation d’une stratégie de protection de l’arbre.

Par vibration anormale, on entend, dans le cadre de la présente description, une vibration dont la fréquence ou l’amplitude diffère des vibrations théoriques de la fourchette et de l’arbre lorsqu’il n’y a pas de jeu.

Ainsi, l’invention permet d’utiliser un capteur déjà existant, celui de la position de la fourchette reliée à l’arbre de transmission, afin de détecter la prise de jeu de l’arbre sans avoir à attendre une interférence entre deux pièces mécaniques, ce qui permet de mettre en place une stratégie de protection de l’arbre, de retarder sa destruction et ainsi de prévenir le conducteur avant tout dommage matériel du véhicule.

Avantageusement, on détecte une vibration anormale de la fourchette si le capteur de position de la fourchette délivre un signal qui oscille à une fréquence supérieure à une fréquence prédéterminée avec une amplitude supérieure à des valeurs théoriques contenues dans une cartographie de signaux préétablie pendant une période prédéterminée.

Avantageusement, la cartographie des signaux préétablie contient les signaux attendus en sortie du capteur de position de la fourchette avec leur marge d’erreur pour des situations où la fourchette est en position verrouillée sur un rapport de vitesse ou en position transitoire d’un rapport de vitesse à un autre.

Avantageusement, on établit un diagnostic de prise de jeu de l’arbre si le nombre de détections d’une vibration anormale de la fourchette dépasse un seuil d’occurrences prédéterminé durant une période prédéterminée ou si la vibration anormale de la fourchette se prolonge au-delà d’un seuil de temps prédéterminé.

Avantageusement, le signal d’alerte perceptible par le conducteur est un signal lumineux émis à partir du tableau de bord.

Avantageusement, la stratégie de protection de l’arbre comprend une limitation du couple moteur exercé et une filtration anti à-coup lors de l’accélération du véhicule.

Avantageusement, la stratégie de protection de l’arbre comprend une limitation et une filtration anti à-coup du couple récupérateur d’énergie lors de la décélération du véhicule.

L’invention a également pour objet un système de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre d’une boîte de vitesses d’un véhicule automobile pour la mise en œuvre d’un procédé tel que décrit précédemment.

D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:

illustre une partie d’une boîte de vitesses mettant en œuvre un procédé selon l’invention; et

illustre un organigramme représentant les étapes d’un procédé selon l’invention.

Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation

On a représenté sur la figure 1 une vue partielle d’une boîte de vitesses B de véhicule automobile mettant en œuvre un procédé selon l’invention, et dont il est fait une description ci-après.

Cette partie de la boîte de vitesses B comprend un arbre 1 dont les extrémités mutuellement opposées sont centrées d’une part sur un palier de roulement 2 et d’autre part sur un palier à bague 3.

Pour éviter tout mouvement de translation de l’arbre 1, notamment axialement, une bride 5 couplée à l’arbre 1 est vissée à un carter 6 et maintient l’arbre 1 en place.

Des pignons sont placés sur l’arbre. Ils comportent une denture inclinée afin de réduire le bruit de l’engrenage. Cependant, lorsqu’ils subissent un couple, ils exercent alors une force axiale sur l’arbre 1, que la bride 5 permet d’annuler.

Sur la figure 1 sont représentés deux pignons fous 7 et 8 autour de l’arbre 1. Ils sont fixes axialement. Ces deux pignons 7 et 8 sont reliés à deux pignons 10 centrés sur un autre arbre 11 relié au pont moteur du véhicule. Ils permettent ici au système de passage de vitesse de sélectionner deux rapports de vitesse différents. Chaque couple de pignon permet ainsi d’obtenir un rapport de vitesse différent.

Un système de crabot 12 est fixé à l’arbre 1. Sa rotation est identique à celle de l’arbre 1 mais il peut se translater vers l’un ou l’autre pignon 7 ou 8 placés de part et d’autre du système de crabot 12. Chaque pignon 7 et 8 peut ainsi devenir solidaire de l’arbre 1 lorsque le système de crabot 12 se fixe à l’un ou l’autre pignon 7 ou 8.

Un système de commande composé d’une fourchette 15 solidaire d’un axe 16 parallèle à l’arbre 1 est relié directement au système de crabot 12 par la fourchette 15. La translation du système de crabot 12 est ainsi commandée par la translation du système de commande. Selon les rapports de vitesse souhaités, un système 17 de verrouillage ou de billage assure la bonne position de la fourchette 15. Sur la figure 1, on distingue trois emplacements dans lesquels peut se loger un système de billage 17. Un emplacement N neutre, et deux emplacements V7 et V8 qui, une fois le système de billage introduit dedans, correspondent à la position de la fourchette pour sélectionner les rapports de vitesse des pignons 7 ou 8.

Une unité de commande électronique 18 permet de mettre en œuvre les algorithmes de chaque étape. Elle récupère l’information de la position de la fourchette 15 transmise par un capteur de position 20 placé en regard de la fourchette. L’unité de commande électronique 18 comprend également une mémoire qui comprend une cartographie de signaux théoriques devant être transmis par le capteur 20 de position de la fourchette 15. Cette cartographie permet de comparer la position réelle de la fourchette 15 par rapport à sa position théorique.

Le capteur 20 peut par exemple être à effet hall ou inductif. Dans ce cas, un élément magnétique 21 est positionné sur la fourchette 15.

En fonction du rapport de vitesse sélectionné et donc de la position de la fourchette 15, l’élément magnétique 21 se positionne différemment vis-à-vis du capteur 20. Ce dernier interprète le champ magnétique et délivre un signal, dont la valeur est fonction de la position de la fourchette 15 et permet de vérifier le rapport de vitesse effectivement sélectionné.

De plus, d’autres rapports de vitesse peuvent être sélectionnés puisqu’il existe différentes architectures de boîte de vitesses. Par exemple, plusieurs ensembles mécaniques tels que décrits peuvent être utilisés au sein d’un même véhicule. Ainsi, plusieurs capteurs donnant la position de plusieurs fourchettes sont présents dans le véhicule.

Les éléments précédents sont connus par l’homme de la technique puisque étant déjà présents dans un véhicule automobile.

Sur la figure 2 est représenté un organigramme représentant les étapes du procédé selon l’invention.

Le procédé permet de détecter une prise de jeu de l’arbre suite par exemple à un desserrage de la bride 5 maintenant l’arbre 1.

Dans une première étape 25, on détecte une vibration anormale de la fourchette 15 reliée à l’arbre 1 à l’aide du capteur 20 de position de la fourchette 15 présent dans un véhicule automobile. Cette étape est mise en œuvre en détectant une vibration dont la valeur de signal est en-dehors de valeurs de signaux théoriques attendues.

La cartographie mémorisée dans l’unité de commande électronique 18 contient les signaux théoriques résultants d’une position connue de la fourchette15 engagée dans l’un des deux rapports de vitesse V7 ou V8 ou dans une position neutre N ou bien encore dans une position transitoire entre deux positions d’engagement.

L’unité de commande électronique 18 compare le signal issu du capteur 20 à la cartographie des signaux. Le signal est par exemple une tension. Si la valeur moyenne du signal est différente de la valeur théorique indiquée par la cartographie, il s’agit déjà d’une position anormale de la fourchette 15. En revanche, si la valeur moyenne du signal correspond à la valeur théorique de la cartographie, avec une marge de tolérance de l’ordre du dixième de volt, un algorithme de l’unité de commande électronique 18 permet de savoir s’il y a ou non une vibration anormale de la fourchette 15. Le signal indique une vibration anormale lorsque sa valeur oscille à une fréquence supérieure à une fréquence prédéterminée, par exemple à partir de cinquante hertz, avec une amplitude supérieure à une amplitude d’oscillation seuil prédéterminée, par exemple un volt pour un signal théorique de quatre volts. De plus, pour confirmer cette vibration anormale, cette situation doit être détectée pendant une période de temps minimale prédéterminée, par exemple de deux-cent millisecondes.

Afin de confirmer une prise de jeu de l’arbre 1, lors de l’étape 26 suivante, on met en œuvre un diagnostic d’établissement de jeu. Cette étape est réalisée par l’unité de commande électronique 18. Pour éviter un faux diagnostic, un compteur d’occurrences de détection de vibration anormale est implémenté. Au-delà d’un nombre d’occurrences prédéterminé durant une période prédéterminée, par exemple de cinq occurrences en une minute, l’unité de commande 18 établit un diagnostic de prise de jeu.

Ce diagnostic est également établi si une seule vibration anormale est détectée durant une période supérieure à un seuil de temps prédéterminé, par exemple de dix secondes.

Un signal d’alerte perceptible par le conducteur du véhicule est alors envoyé afin que le conducteur puisse prendre les dispositions nécessaires pour résoudre l’avarie (étape 27). Ce signal peut par exemple être un voyant lumineux sur le tableau de bord, un signal sonore dans l’habitacle ainsi qu’une notification envoyée sur le téléphone du conducteur ou du garagiste le plus proche.

Lors de l’étape 28 suivante, l’unité de commande électronique 18 mémorise des paramètres de roulage tels que par exemple la vitesse du véhicule, la pente de la route, le rapport de vitesse sélectionné… L’unité de commande électronique 18 mémorise également les paramètres de détection des vibrations anormales tels que la forme des signaux, le nombre d’occurrences… afin de faciliter le travail de réparation du véhicule.

Enfin, l’unité de commande électronique 18 met en œuvre une étape 29 d’activation d’une stratégie de protection de l’arbre 1 et de la mécanique de la boîte de vitesses B. En effet, une fois une prise de jeu détectée, il ne se passe que peu de temps avant que la boîte de vitesses soit gravement endommagée. Le conducteur doit s’arrêter au plus vite et trouver un garage. En attendant, si le véhicule continue de rouler, il est nécessaire d’activer la stratégie de protection de l’arbre 1 afin de réduire la probabilité de destruction de ce dernier.

Deux situations de roulage permettent d’activer cette stratégie, dont le but général est de limiter les à-coups et les efforts trop importants sur l’arbre 1 qui favorisent, à cause des dentures inclinées des pignons, l’apparition d’une force axiale compromettant l’intégrité de la boîte de vitesses.

La première est la situation de tirage, soit lorsque le conducteur accélère. Un couple important s’exerce alors sur l’arbre 1 et peut amplifier le jeu par exemple avec un desserrage de la bride 5 plus important. La stratégie de protection consiste ici à effectuer une action de filtrage et à limiter le couple moteur exercé lorsque celui-ci est supérieur à un couple seuil, par exemple de cinquante newton mètre. De plus, lors de la demande d’accélération du conducteur, une rampe de progressivité de l’accélération, par exemple de quarante newton mètre par seconde, est émise par l’unité de commande électronique 18, afin de lisser l’accélération du conducteur et de limiter les à-coups dus à un appui brusque sur la pédale d’accélération.

La seconde situation de roulage qui permet d’activer la stratégie de protection de l’arbre 1 est une phase de décélération du véhicule, et notamment, pour les véhicules incluant cette technologie, une phase de récupération de l’énergie. En effet, certains véhicules sont équipés d’un système de récupération de l’énergie dont le couple récupérateur est souvent important et provoque des à-coups. La stratégie de protection consiste à limiter ce couple récupérateur afin de rendre la récupération d’énergie moins intense. De plus, une rampe de progressivité de la récupération de l’énergie est émise par l’unité de commande électronique 18, afin de lisser la récupération de l’énergie et de limiter les à-coups.

Claims

Procédé de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre (1) d’une boîte de vitesses (B) d’un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes:
Détection (25) d’une vibration anormale d’une fourchette (15) reliée et solidaire de l’arbre (1) à l’aide d’un capteur (20) de position de la fourchette (15) ;

Etablissement d’un diagnostic (26) de prise de jeu de l’arbre(1) ;

Envoi (27) d’un signal d’alerte perceptible par le conducteur du véhicule automobile;

Mémorisation (28) d’au moins un paramètre de roulage du véhicule et d’au moins un paramètre de détection de vibrations anormales ayant servi à l’établissement d’un diagnostic de prise de jeu de l’arbre(1) ; et

Activation (29) d’une stratégie de protection de l’arbre (1).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détecte (étape 25) une vibration anormale de la fourchette (15) si le capteur (20) de position de la fourchette (15) délivre un signal qui oscille à une fréquence supérieure à une fréquence prédéterminée avec une amplitude supérieure à des valeurs théoriques contenues dans une cartographie de signaux préétablie pendant une période prédéterminée.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel la cartographie des signaux préétablie contient les signaux attendus en sortie du capteur (20) de position de la fourchette (15) avec leur marge d’erreur pour des situations où la fourchette (15) est en position verrouillée sur un rapport de vitesse ou en position transitoire d’un rapport de vitesse à un autre.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel on établit un diagnostic (26) de prise de jeu de l’arbre (1) si le nombre de détections d’une vibration anormale de la fourchette (15) dépasse un seuil d’occurrences prédéterminé durant une période prédéterminée ou si la vibration anormale de la fourchette (15) se prolonge au-delà d’un seuil de temps prédéterminé.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le signal d’alerte perceptible par le conducteur est un signal lumineux émis (étape 27) à partir du tableau de bord.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la stratégie de protection (étape 29) de l’arbre (1) comprend une limitation du couple moteur exercé et une filtration anti à-coup lors de l’accélération du véhicule.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la stratégie de protection (étape 29) de l’arbre (1) comprend une limitation et une filtration anti à-coup du couple récupérateur d’énergie lors de la décélération du véhicule.
Système de détection et de contrôle d’une prise de jeu d’un arbre (1) d’une boîte de vitesses (B) d’un véhicule automobile pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 7.