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3   Boîte de vitesses séquentielle M (SMG3)

           3.1  Introduction

La M5 E60 est équipée d’une nouvelle boîte de vitesses M séquentielle à 7 rapports (SMG). La boîte a été développé spécialement pour le modèle et porte la désignation SMG Getrag 247.En plus des nouvelles fonctions spéciales comme le « Launch Control », l’assistance au démarrage en côte, le « Drivelogic », et « l’apprentissage de la circonférence des roues », la nouvelle boîte est la première en son genre à être spécialement développée pour effectuer des opérations en mode automatisé. Dans cette boîte, L’arbre de commande central a été remplacé par des barres de commandes individuelles.
L’unité hydraulique est intégrée dans le carter de la boîte et n’est plus conçue en tant que pièce séparée. Comparée à la SMG 2, les temps de passage des rapports de vitesse ont été réduit de 20%. Essentiellement, cette réduction des temps de passage des rapports de vitesse est obtenue grâce à l’introduction des barres des commandes individuelles, et l’utilisation de bagues de synchronisation en fibre de carbone. Les procédures d’initialisation conçues afin d’assurer le fonctionnement correct du système peuvent s’avérer nécessaires même en cas de d’opération de maintenance effectuées sur des systèmes autres que la transmission.

Il est important à cet effet de suivre les recommandations spécifiques figurant dans le manuel de réparation.
La puissance est transmise du moteur à la boîte de vitesses par le biais d’un volant bi-masse fabriqué par l’équipementier LUK, et de deux disques secs d’embrayage fabriqués par Fichtel un Sachs.

3.2  Aperçu du système

La nouvelle boîte de vitesse séquentielle SMG3

Sélécteur de vitesse et afficheur tête haute HUD M5 E60

Schéma électrique de la boîte SMG

Index                      Explication

1                            Module d'éclairage

2                            Car Access System (CAS)

3                            Boîtier électronique SMG

4                            Boîte M séquentielle

5                            Relais de pompe

6                            Volant multifonctions (MFL)

7                            Capteur d'accélération longitudinale

8                            Contacteur de capot moteur

9                            Contacteur de capot moteur

10                          Afficheur de position de sélection

11                          Contact de feuillure de porte

12                          Sélecteur Drivelogic

13                          Contacteur de feux stop

14                          Boîtier électronique DME

15                         Module pédale d'accélérateur

16                         Boîtier électronique DSC

17                         Module de sécurité et passerelle (SGM)

18                         Module d'attelage

19                         Capteur de pluie et de luminosité (RLS)

20                         Combiné d'instruments

21                         Afficheur tête haute

Schéma hydraulique de la boîte de vitesse SMG3

Index                         Explication

1                               Capteurs Hall barre de commande Marche arrière /1ère vitesse

2                               Piston de travail

3                               Electrovanne de passage

4                               Capteurs Hall barre de commande 5e/3e

5                               Piston de travail

6                               Electrovanne de passage

7                              Capteurs Hall barre de commande 2e/4e

8                              Piston de travail

9                              Electrovanne de passage

10                            Capteurs Hall barre de commande 6e/7e

11                            Piston de travail

12                            Electrovanne de passage

13                            Vanne proportionnelle

14                            Vanne proportionnelle

15                            Vanne proportionnelle

16                            Electrovanne de passage

17                            Filtre tige

18                           Moteur électrique avec pompe hydraulique

19                           Sonde de température

20                           Capteur de pression

21                           Accumulateur de pression

22                           Cylindre récepteur d'embrayage

23                           Capteur PLCD

Boîte de vitesse SMG3

Index                                                   Explication

1                                                         Mise à l'air

2                                                         Vannes proportionnelles

3                                                         Barrette de capteurs

4                                                         Electrovannes de passage

5                                                         Capteur de vilebrequin

6                                                         Capteur de régime arbre intermédiaire

7                                                         Connexion vers barrette de capteurs

8                                                         Connecteur électrovannes et moteur électrique

9                                                         Vis de niveau d'huile

10                                                       Connecteur cylindre récepteur d'embrayage, sonde de température, capteur de pression

11                                                       Refroidisseur d'huile de boîte

12                                                       Filtre à huile

13                                                       Pompe à huile

Boîte de vitesse SMG3

Index                  Explication

1                        Cylindre récepteur d'embrayage

2                        Retour

3                        Conduite de pression

4                       Vis de niveau d'huile/remplissage

5                       Réservoir

6                       Capteur de pression

7                       Sonde de température

8                       Bloc hydraulique avec pompe à huile

9                       Vanne proportionnelle

10                     Moteur électrique

11                     Accumulateur de pression

Embrayage bidisque

Index                            Explication

1                                  Disque d'embrayage

2                                  Plateau intermédiaire

3                                  Disque d'embrayage

4                                  Plateau d'appui

5                                  Ressort profilé

6                                  Plateau de pression

           3.3  Fonctions 

Fonctions spéciales de la boîte M séquentielles SMG 3

Démarrage par traction (tow start)

Pour activer cette fonction, il faut suivre la procédure suivante :

•    En appuyant sur la pédale de frein, tourner la clé de contact sur la borne 15

•    Sélectionner la position « N »

•    Démarrage/mise en marche du véhicule

•    Mettre et maintenir le sélecteur en position « S+ »

Le système de commande de la transmission engage le rapport de vitesse adapté, et active l’embrayage.

Assistance de démarrage en côte

Comparé à la boîte de vitesse SMG 2, la SMG 3 est doté d’une fonction « assistance au démarrage en côte » automatisée. Cela signifie que qu’il n’est plus nécessaire d’actionner manuellement la manette « moins » sur le volant moteur en appuyant sur la pédale de freins comme c’est le cas dans la boîte SMG 2. L’opération se fait donc d’une manière automatique lorsqu’une position autre que « N » est détectée par le système de commande de la boîte de vitesse.
L’assistance de démarrage en côte dans la nouvelle boîte de vitesse SMG 3 est un système actif qui actionne le DSC afin d’immobiliser le véhicule en côte ou bien en descente par le système de freinage (action additionnelle sur l’embrayage).
Pour plus d’informations sur le système d’assistance de démarrage en côte, voir la section « DSC MK60E5 ».

La fonction « Launch Control »

Pour activer la fonction « Launch Control », il faut suivre la procédure suivante :

•    Démarrer le moteur et maintenir le véhicule immobilisé

•    Mettre le DSC en position OFF

•    Mettre la boîte de vitesse en position « S6 »

•    Maintenir le sélecteur de vitesse en position « Minus »

•    Enfoncer la pédale d’accélérateur à fond et la maintenir enfoncée

•    Relâcher le sélecteur de vitesse

Lorsque cette fonction est activée, le régime moteur est maintenu à 4000 tr/min. Après relâchement du sélecteur de vitesse, l’embrayage se déclenche en maintenant le glissement optimal pour obtenir les meilleurs valeurs d’accélération. Le SMG utilise les vitesses des roues avant pour calculer et déterminer le glissement à appliquer aux roues arrière. Si le système de surveillance de l’embrayage détecte un surchauffage, l’embrayage est fermé à 100% afin de protéger les composants.

Renseignement sur l’écart entre les essieux

La fonction de « renseignement sur l’écart entre les essieux » doit être activée manuellement en cas de changement de la circonférence de roulement dynamique (changement de pneus, montage de chaines de neige, etc…) d’une ou de plusieurs roues. Cette action assure un fonctionnement correct du système de commande de la boîte de vitesse. Ces adaptations sont également effectuées d’une manière automatique mais avec un décalage de temps assez considérable. Cette fonction est activée manuellement comme suit :

•    La vitesse du véhicule doit être comprise entre 30 et 150 Km.

•    Le sélecteur de vitesse en mode « N »

•    La pédale de frein n’est pas enfoncée

•    Appuyer sur les deux manettes de sélection sur volant de direction pendant 2 s

Protection de l’embrayage contre la surcharge (KÜS)

La fonction de protection de ‘embrayage contre la surcharge (KÜS) protège l’embrayage contre la surcharge thermique. Le système électronique de la boîte de vitesse SMG calcule la surcharge thermique de l’embrayage en fonction du glissement et des forces de contact.
En cas de surcharge, le système de protection de l’embrayage contre les surcharges réduit le glissement de l’embrayage. Le conducteur peut sentir une dureté au niveau du passage des rapports de vitesse.

La fonction « anti-à-coups » est activée comme mesure de protection additionnelle. Il en résulte une réduction de la surcharge thermique et le conducteur est informé de l’état de surcharge.Si la température continue d’augmenter, un message d’alerte est généré afin d’attirer à nouveau l’attention du conducteur sur l’état de surcharge thermique. Le démarrage en 2ème vitesse est automatiquement interdit au conducteur afin de limiter le glissement de l’embrayage.

         3.4  Les composants du système

Les rapports de démultiplication dans la SMG 3

La SMG 3 est conçue en tant que boîte de vitesse « surmultipliée » comme le montre clairement le tableau des rapports de démultiplication. L’une des particularités de cette boîte est que l’arbre principal est monté sur trois paliers. Le troisième palier est réalisé en un flasque fixé par boulons au carter de la boîte de vitesse.

Arrangement des pignons de la boîte de vitesse SMG3

Explication                                  Démultiplication

1er rapport                                 3,985

2ème rapport                              2,652

3ème rapport                              1,806

4ème rapport                              1,392

5ème rapport                              1,159

6ème rapport                              1,00

7ème rapport                              0,833

Marche arrière                             3,985

Ordre de changement de vitesse

Baguettes du sélécteur de vitesse

Index                  Explication

R                            Marche arrière

1                            Rapport 1ère vitesse

2                            Rapport 2ème vitesse

3                            Rapport 3ème vitesse

4                            Rapport 4ème vitesse

5                            Rapport 5ème vitesse

6                            Rapport 6ème vitesse

7                            Rapport 7ème vitesse

Signaux et paramétres

Détection des rapports de vitesse

Le rapport de vitesse engagé est déterminé par le biais de capteurs à effet Hall montés sur les barres de commande qui détectent la position des pistons en fonctionnement. 

Feux de recul

Le capteur redondant de la barre de commande 1ère vitesse/Marche arrière détecte l’engagement du rapport de marche arrière, et en informe le système de commande. Le système de commande informe à son tour la centrale d’éclairage. 

Température d’huile de boîte de vitesse

La température d’huile de boîte de vitesse est déterminée de manière indirecte via le capteur de température du liquide hydraulique puisque les deux températures changent évoluent constamment de manière linéaire l’une par rapport à l’autre. Le système électronique de boîte SMG saisit la valeur de température pour actionner la pompe à huile électrique de la boîte. 

Régime d’entrée

Un capteur adapté détecte le régime d’entrée au niveau des dents du pignon de l’arbre intermédiaire.

Cylindre récepteur d'embrayage

Le cylindre récepteur de l’embrayage est composé de deux pistons séparés par un ressort. L’un des pistons est actionné de manière hydraulique. Il permet d’effectuer une purge du cylindre récepteur, sans avoir à le démonter et de desserrer aucune vis.  Un capteur PLCD ((Permanentmagnetic Linear Contactless Displacement) est monté séparément dans le corps du cylindre récepteur. Il détermine la position exacte du piston de débrayage.

Cylindre récepteur d'embrayage

Index                     Explication

1                           Corps du cylindre récepteur

2                           Piston

3                          Capteur PLCD

Le capteur PLCD est composé essentiellement d’un noyau fabriqué à partir d'un matériau magnétique doux. Le noyau est entouré dans l’ensemble de sa longueur par un bobinage (primaire). Chaque extrémité contient une bobine de mesure.
Un aimant permanent monté près du capteur PLCD favorise la saturation magnétique de l’environnement local, et provoque par la suite une division virtuelle du noyau.

Capteur PLCD

Une tension électrique proportionnelle à la position la zone saturée est induite dans les bobines de mesure lorsqu’un courant alternatif est appliqué aux bornes de la bobine primaire. Par conséquent, la longueur des parties virtuelles du noyau, ainsi que la position de la zone saturée peuvent être déterminés de cette manière.
Le système électronique de de la boîte SMG assure l’alimentation des capteurs. Il assure également l’analyse, le traitement, et la conversion des signaux. Le courant alternatif nécessaire pour réaliser toutes ces opérations est fourni par le circuit ASIC (Application-
Specific Integrated Circuit) qui est intégré dans les capteurs PLCD.

Levier du sélecteur de vitesse

Le levier du sélecteur de vitesse assure les fonctions suivantes :

•    La sélection du mode de déplacement D-N-R

•    La sélection du mode de fonctionnement D <-> S

•    L’activation de la fonction « Launch »

•    L’activation de la fonction « démarrage par traction » (tow start)

En effet,8 capteurs déterminent les positions du sélecteur et les transmettent de manière individuelle à l’unité de commande de la boîte de vitesse.
Toutes les positions du sélecteur sont détectées selon le principe de la redondance. Dans cette conception, le capteur principal est commuté à la masse tandis que le capteur redondant est commuté au plus pour assurer une détection sûre même en cas de problèmes dans le système.   

Manettes de changement de vitesse

Les manettes de changement de vitesse sont utilisées pour effectuer les opérations suivantes :

•    Augmenter ou rétrograder la vitesse (+/-)

•    Changer le mode de « D » à « S »

•    Initialisation manuelle de la fonction de renseignent sur les circonférences des roues. Quant à la fonction d’assistance de démarrage côte, il n’est plus nécessaire de l’activer manuellement.

Drivelogic

Le commutateur de sélection Drivelogic est utilisé pour choisir entre 6 programmes de sélection en mode séquentiel et cinq en mode Drive. Le mode séquentiel permet de présélectionner la vitesse et la durée de passage des rapports. Les seuils de passage des rapports sont réglés dans le mode Drive.

Contacteur de feux de stop

Pour des raisons de redondance, le système électronique de la boîte SMG reçoit le signal du contacteur de feu de stop et du contacteur de test freins. Le signal provenant du contacteur de feu de stop est nécessaire pour la réalisation des opérations suivantes :

•    La fonction shiftlock

•    La détection du freinage

•    Le démarrage moteur

•    Le désengagement des rapports de vitesse

•    L’activation du DSC

•    Le signal est transmis via le CAN.

L’angle de braquage

Le signal de l’angle de braquage est intercepté dans le CAN. Sa valeur peut désactiver le mode automatique de la boîte de vitesse. (Suspension du passage de certains rapports de vitesse)

Accélération longitudinale /pente

Cette valeur est déterminée par le capteur d’accélération longitudinale, monté dans le côté passager avant en bas de l’habitacle. Elle est requise pour calculer le degré de pente.

Fonction « Wake Up »

Le système électronique de la boîte SMG est placé en état de veille lorsque le véhicule est déverrouillé. L’unité hydraulique génère ainsi une pression suffisante pour désengager l’embrayage si nécessaire.

Contacteur de Capot

Deux contacteurs déterminent l’état du capot. Le conducteur est alerté si le capot moteur est ouvert. Le véhicule ne peut être démarré qu’après engagement du rapport puisque le système électronique de la boîte SMG ne dispose pas de l’information exacte à propos de l’état des contacteurs.

Contact de porte

Ce signal ne doit pas être confondu avec le signal de la fonction « Wake up ». L’information à propos de l’état de porte est envoyée via le CAN à l’unité de contrôle de la boîte SMG. La vitesse est automatiquement désengagée quand la porte est ouverte.

Mode attelage

L’unité de commande de la boîte SMG est informée via le CAN BUS quand le véhicule est utilisé pour tirer une remorque. Par conséquent la cartographie spécifique du mode attelage est activée.

Régime moteur

Pour des raisons de redondance, ce signal est intercepté dans le bus-CAN via une connexion filaire. Il est utilisé pour commander l’e système d’embrayage et pour contrôler si le moteur est en état de fonctionnement. Dans le cadre du concept de sécurité, le signal du régime moteur est utilisé pour surveiller l’état de fonctionnement actuel.   

Système hydraulique

Boîte de vitesse SMG3 avec unité hydraulique

Index                  Explication

1                        Unité hydraulique

Un moteur à courant continu entraine la pompe hydrostatique. La pompe achemine l’huile hydraulique via une soupape de non-retour dans un système de pression tandis que l’énergie est stockée dans un accumulateur hydraulique. La pression de fonctionnement est 75 bar. La pression maximale est 90 bar, laquelle est appliquée uniquement durant les procédures de d’initialisation.
L’effort de passage maximum est d’environ 2500 N.

  3.5 Information service

Initialisations

Comme c’est le cas dans la SMG 2, l’unité de contrôle SMG doit adapter et stocker différents paramètres après le remplacement d’une pièce d’embrayage ou de boîte de vitesse

Fonction apprentissage embrayage

Cette fonction est utilisée pour adapter le comportement de l’embrayage avec les cartographies stockées dans le système de gestion électronique. L’apprentissage du point de contact de l’embrayage se fait lorsque le moteur tourne. Après son ouverture (position débrayage), l’embrayage est entrainé rapidement sans atteindre le point de contact, puis amené petit à petit jusqu’au point de contact. Dans ce cas l’arbre d’entrée est immobilisé. Cette procédure est interrompue si un régime d’entrée boîte de vitesse est déjà mesuré durant la phase d’approche rapide, car cela signifie qu’il y’a un défaut dans le système (Problème de purge par exemple). Si une valeur valable est mesurée durant l’approche lente du point de contact, elle est mémorisée dans l’unité de contrôle électronique.

Adaptations

Il est nécessaire de vérifier le mécanisme de la boîte de vitesse après le remplacement d’un composant de boîte ou de son système électronique. Les adaptations suivantes sont possibles à réaliser avec le tester GT1 ou DiISplus. Les adaptations les plus importantes à réaliser sont :

•    Plages de changement des rapports

•    Paramètres des électrovannes

•    Paramètres de la boite

•    Offset du capteur d’accélération longitudinal

Plage de changement des rapports

Cette fonction permet de désengager un rapport de vitesse sans avoir à effectuer préalablement une adaptation des paramètres de la boite.

Paramètres des électrovannes

Les électrovannes dans le bloc hydraulique sont à « effet proportionnel ». Il est nécessaire d’effectuer une procédure d’apprentissage des courant d’offset des électrovannes pare ce que les tolérances de fabrication l’exigent. Cette opération consiste à déterminer le courant à partir duquel la barre de commande se met en mouvement. Cette valeur est mémorisée en tant que courant offset dans l’unité de commande électronique. La consommation des électrovannes est mesurée dans les deux sens de fonctionnement.

Paramètres de la boite

Dans cette phase d’adaptation, les barres de commande sont remises en position de butée afin de permettre de mesurer les valeurs réelles. Ces valeurs indiquent si un rapport est engagé ou non. La position de la barre de commande correspondante à la marche arrière est surveillée par le biais d’un capteur redondant. Les valeurs de mesures sont mémorisées dans le système électronique de la boite de vitesses. La barres de commande de la marche arrière est dépressurisée pour vérifier si elle se maintient dans la position finale.

Capteur d’accélération longitudinale

La valeur mesurée par le capteur d’accélération longitudinale possède un offset constant. Elle est déterminée lorsque le véhicule est stationné dans une position horizontale et que l’accélération longitudinale est nulle. Les valeurs  de mesures sont échantillonnées en permanence. Au fur et à mesure qu’une valeur sélectionnée représente un écart supérieur à une valeur cartographiée, le système commence à prendre en considération les actions extérieures. La procédure d’adaptation est alors interrompue afin d’assurer l’exactitude des valeurs de mesures pendant la marche du véhicule.

Pression de précharge de l’accumulateur de pression

Une fonction de vérification et de contrôle de l’accumulateur de pression a été implémentée dans le système afin de faciliter les opérations de diagnostic. Elle mesure le temps nécessaire pour décharger l’accumulateur. La pression est mesurée par le capteur de pression installé dans l’unité hydraulique. Le système électronique mesure également le temps nécessaire au remplissage de l’accumulateur de pression. Si la valeur de temps nécessaire pour arriver à la pression de coupure est inférieure à celle nécessaire pour la décharge, alors le Nitrogène (élément de précharge) contenu dans l’accumulateur s’est échappé. L’électrovanne d’isolement de l’accumulateur est surveillée séparément de cette procédure.