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Conception globale du système d'embrayage et

de sa commande

Dipl.-Ing. Matthias Zink

Dipl.-Ing. René Shead

Introduction

Les innovations technologiques et les exigences croissantes de la clientèle en matière de confort nécessitent une conception des systèmes dans leur globalité, ce qui est également le cas pour l'embrayage et sa commande. A cela s'ajoutent les attentes de l'industrie automobile qui recherche, dans ce domaine également, des fournisseurs de systèmes en mesure de proposer une optimisation bien pensée de la chaîne fonctionnelle des composants. LuK a entrepris une approche théorique du processus de débrayage- embrayage prenant en compte le comportement et les effets dynamiques du système, et de l'améliorer dans son ensemble, depuis la pédale de débrayage jusqu'à l'entrée de la boîte de vitesses. Dans cet exposé, nous allons étudier les différents composants du système impliqués dans la transmission de l'effort, et montrer comment on peut réduire l'effort de commande et améliorer le comportement au décollage du véhicule par la correction et l'harmonisation des différents paramètres en présence.

Objectif général de recherche

En matière de systèmes d'embrayage, le constructeur est censé pouvoir proposer, en intervenant sur les paramètres de l'embrayage, une solution idéale se traduisant par un maximum de confort au niveau de la pédale de commande (fig. 1). 50
Figure 1: Représentation schématique du système d'embrayage et de sa commande En d'autres termes, pour l'automobiliste, le véhicule parfait doit être équipé d'un embrayage présentant les caractéristiques suivantes: un excellent comportement à la libération de l'embrayage. un effort pédale et une caractéristique de course de pédale permettant un actionnement facile et confortable. un fonctionnement silencieux et sans vibrations. une bonne dosabilité au décollage du véhicule et lors des changements de vitesses. Pour répondre à ces exigences, le concepteur et fournisseur de systèmes d'embrayage ne peut pas, à son niveau, intervenir sur tous les paramètres déterminants. On comprend donc aisément que le fonctionnement du système ne peut être optimisé que par une approche globale de la chaîne des fonctionnalités. 51
Figure 2: Approche traditionnelle du système de débrayage chez les fabricants Un excellent fonctionnement de l'ensemble du système d'embrayage n'est possible que si les différentes fonctions de ce système sont harmonisées en conséquence, et si l'on tient compte également des effets induits par le moteur et le châssis. Cette approche du système doit permettre au client de l'industrie automobile de l'appréhender dans sa globalité, ce qui était jusqu'ici difficile du fait de la dispersion des responsabilités entre les différents fournisseurs respectivement chargés du moteur, de la boîte de vitesses et du châssis. Figure 3: Approche du système de débrayage proposée par LuK Il s'agit, dans ce qui va suivre, d'intervenir à l'intérieur du système de débrayage, traditionnellement considéré comme une "boîte noire" inviolable, afin de mieux exploiter le potentiel de l'embrayage et de sa commande, et d'optimiser ainsi l'ensemble du système. LuK a donc, il y a quelques années, confié cette tâche à une équipe de cinq ingénieurs qui ont recensé une série de nouveaux effets. Dans le boîte noire

52 résumé qui suit, nous vous proposons de passer en revue les principaux

paramètres exerçant une influence sur l'ensemble du système. Elasticités dans le système d'embrayage et de sa commande La fig. 4 montre la fonction de transfert, exprimée en terme de course butée en fonction de la course pédale, d'un système de commande. On y voit représentés le profil idéal ainsi qu'une mesure à température ambiante (trait vert) et en fonctionnement à chaud (trait rouge). Les dispersions enregistrées par rapport au profil idéal représentent les pertes de course du système de débrayage. Le gain du système en élasticité du fait de l'augmentation de la température entraîne un net déplacement du point de libération de l'embrayage vers l'extrémité de la course de pédale. 010 0 150 course pédale [mm] course butée [mm] froid chaud s idéal Figure 4: mesure de la course de butée - à froid / à chaud La fonction de transfert de l'ensemble du système de débrayage consiste principalement en une démultiplication constante et une flexibilité. Cependant, afin de déterminer la part de perte à attribuer à chacun des composants du système de commande ainsi que leur sensibilité à la température, on utilise pour l'étude de l'ensemble du système le mode de représentation proposé fig. 5.

53 On y observe les pertes de course au niveau du système rapportées à la

course pédale (axe des abscisses), et ce pour un effort butée déterminé (axe des ordonnées). Ainsi, pour un effort butée maximal, la perte de course sur la totalité de la course pédale passe de 30% à froid, à 55% à chaud. flexible conduitevérin récepteurvérin

émetteurpédalefourchette

butéebecs de diaphragme perte de course effort butée mimimimimm course pédale [%] effort butée course pédale [%]0 100 0 100 55%
effort butée froid 30%
chaud Figure5: élasticités - exprimées en course pédale, la rigidité du couvercle du mécanisme n'étant pas représentée La représentation des différentes élasticités exprimées en course pédale montre quelles élasticités ont l'impact le plus important sur le système en terme de perte de course. Selon la qualité du système, la course perdue peut représenter jusqu'à la moitié de la course pédale. Les éléments intervenant à un niveau d'effort élevé et une faible démultiplication (becs du diaphragme, fourchette) sont ceux qui influent le plus sur la position des points d'embrayage et de débrayage, c'est à dire l'amorce de la montée en couple d'une part et la libération de l'embrayage d'autre part. On voit par ailleurs comment la température modifie les élasticités. Dans l'exemple illustré ci-dessus, le vérin récepteur et la conduite hydraulique sont les éléments présentant le potentiel d'amélioration le plus important.

54 Ce mode de représentation permet également une évaluation intéressante

des différentes élasticités des systèmes mécaniques, semi-hydrauliques ou tout hydrauliques. Ce type d'étude comparative peut également être appliqué aux frottements survenant dans l'ensemble du système. La synthèse des observations effectuées lors des deux études permet d'analyser l'impact des hystérésis d'effort et de course. Comportement vibratoire du système d'embrayage et de sa commande La multitude de termes utilisée pour désigner les vibrations à la pédale ainsi que les bruits générés par la commande d'embrayage (par exemple "Eak-noise", "Whoop" (roucoulement), fourmillement ... etc.) démontrent la complexité du système et son implication en terme d'excitations et de modes de propagation des vibrations. Exemples d'excitations vibratoires dans le système d'embrayage et de sa commande: Vibrations axiales et de flexion provenant du vilebrequin et du volant moteur.

Positionnement oblique de la butée.

Vibrations provenant du groupe motopropulseur (GMP). Défaut d´alignement de la boîte de vitesses.

Désaxage du système de commande.

Afin d'appréhender le système vibratoire dans son ensemble, d'en isoler les différents paramètres et de modéliser, puis de mettre en pratique les solutions adéquates, LuK a conçu un modèle vibratoire représentant l'ensemble du système. 55
volant moteur becs pédale plateau de pressionvérin récepteur 1 m vilebrequin i i couvercle conduite hydraulique

Figure 6: Modèle vibratoire

Le cas exposé ci-après démontrera la validité de ce modèle, qui nous a permis par ailleurs de résoudre de nombreux problèmes. Il s'agit en l'occurrence d'un bruit survenant au niveau de la commande, un bruit de forte intensité, à fréquence élevée, corrélatif à la course pédale. Si l'on étudie les fréquences propres en appliquant ce modèle vibratoire, on constate une concordance entre la fréquence propre du couvercle et la fréquence d'une onde stationnaire dans la colonne de fluide que constitue l'ensemble des conduites hydrauliques. Ceci entraîne une bonne propagation du bruit à l'intérieur du système de débrayage. Figure 7: Formes propres du système de débrayage

56 La forme propre de cette onde stationnaire dans le liquide correspond en

mécanique à une corde tendue aux deux extrémités.

Figure 8: Forme propre d'une corde tendue

En théorie, on peut éviter cette concordance en intervenant sur les deux fréquences, c'est à dire en modifiant soit la rigidité du couvercle soit la longueur de la conduite hydraulique. Dans le cas qui nous intéresse, on a opté pour la solution la plus simple, qui consistait à allonger de 20 cm la conduite hydraulique. Les bruits générés par la commande d'embrayage ont complètement disparu, sans que l'élasticité du système de débrayage s'en trouve altérée. Cet exemple montre comment il est possible, à l'aide du programme de simulation, de représenter les vibrations générées et propagées au sein du système d'embrayage, et d'y apporter des améliorations. Les zones critiques dans la courbe vibratoire des différents éléments du système sont mises en évidence. Ce programme de simulation tient également compte du fait que, dans le cas du plateau de pression par exemple, les éléments à flexibilités variables environnants contribuent à la production d'une fréquence propre corrélative à la course de butée. Par le biais d'une "liaison souple" du plateau de pression, il est possible, selon les cas, d'apporter des solutions à ce problème. Les effets vibratoires de la dynamique du vilebrequin (vibrations axiales etquotesdbs_dbs2.pdfusesText_3