EP3565728A1 - Controle d'une machine electrique de vehicule hybride pour la fermeture d'un accouplement a crabot - Google Patents

Controle d'une machine electrique de vehicule hybride pour la fermeture d'un accouplement a crabot

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EP3565728A1
EP3565728A1 EP17822383.0A EP17822383A EP3565728A1 EP 3565728 A1 EP3565728 A1 EP 3565728A1 EP 17822383 A EP17822383 A EP 17822383A EP 3565728 A1 EP3565728 A1 EP 3565728A1
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EP
European Patent Office
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speed
electric machine
coupling
clutch
difference
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17822383.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Gregor SERDJANIAN
Arnaud BARDET
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2500/00—External control of clutches by electric or electronic means
    • F16D2500/50—Problem to be solved by the control system
    • F16D2500/51—Relating safety
    • F16D2500/5114—Failsafe

Definitions

  • the present invention relates to a control strategy of an electric machine connected by a clutch coupling system to the wheels of a hybrid motor vehicle, and a hybrid vehicle comprising means implementing such a strategy.
  • a known type of hybrid vehicle presented in particular by the document FR-B1 -2954441, comprises a heat engine driving by a gearbox the front wheels of the vehicle, and an electric machine driving the rear wheels by a transmission comprising a device. dog coupling controlled by an automatic actuator.
  • the electric machine powered by traction batteries can operate as a motor by drawing energy on these batteries to deliver a torque on the rear wheels, or generator by recovering energy recharging these batteries.
  • the clutch coupling of the electric machine may comprise on each side of this coupling, towards the electric machine and towards the wheels of the vehicle, transmissions that increase the speed to adapt the speeds of rotation.
  • the clutch coupling can be connected directly to the shaft of the electric machine, rotating at the same speed as this machine, with a speed reduction downstream resulting in a differential distributing the speed to the rear wheels.
  • the coupling can be installed in the differential, rotating at the same speed as the rear wheels.
  • the clutch coupling does not have progressivity when it is closed, unlike a friction clutch, it is necessary to close it by providing a fairly precise regulation of the electric machine with a small margin so as to sufficiently synchronize the clutch. the rotational speeds of the two elements of this coupling to be connected before engaging their teeth to each other, to avoid noise, wear, and a risk of refusal of commitment.
  • the document of the prior art mentioned above shows a method of coupling the electric machine, this machine receiving a rotation speed setpoint so as to synchronize the two elements of the dog clutch, taking into account the gear ratios. of the transmission chain.
  • this method can cause problems in case of failure of the control system, if we apply a control of the electric machine with a high torque while the clutch coupling is closed by mistake. A torque peak is obtained on the wheels driven by this electric machine, accelerating or braking the vehicle, which can be dangerous for the driver and his entourage by destabilizing this vehicle.
  • this problem arises for an electric machine of a hybrid vehicle driving the front or rear wheels via a clutch coupling, this machine being connected to the wheels independently of the heat engine transmission, or through this transmission.
  • the present invention is intended in particular to avoid these problems of the prior art.
  • An advantage of this strategy is that to prepare a closure in the case where the clutch coupling is already closed, then the speed difference of the elements of the coupling is below the speed threshold. If in addition the speed setpoint is moved away from the current speed beyond the speed threshold, then the strategy prevents the speed regulation of the electric machine requiring a high torque to make up for this difference, which would constitute a mistake presenting a discomfort or even a danger to the passengers and the entourage.
  • the strategy does not prevent the speed control of the electric machine.
  • this difference in speed is too low to require the electric machine a high torque catch-up of the difference, the low torque requested would not be uncomfortable or dangerous.
  • control strategy of an electric machine according to the invention may further include one or more of the following features, which may be combined with one another.
  • the strategy puts the electric machine in a state ensuring the safety comprising a cut-off of the control of the electric machine, or a control of this electric machine to deliver on the system Coupling clutch torque zero.
  • the strategy allows the regulation of the electric machine in the speed mode if the speed difference of the two elements of the clutch coupling is greater than the speed threshold, or if the difference between the speed reference and the current speed. is below the diet threshold.
  • the speed threshold of the speed difference of the two elements of the coupling corresponds by taking into account the reduction of a transmission connecting the electrical machine to this coupling, at a maximum speed of this electric machine.
  • the speed threshold of the difference between the speed reference of the electric machine and its current speed is at most 300trs / min.
  • the invention also relates to a hybrid motor vehicle equipped with an electric machine driving wheels by a clutch coupling, which comprises means implementing a control strategy of this electric machine comprising any one of the preceding features.
  • the electric machine can drive the wheels disposed at the rear of the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing the equipment of a hybrid vehicle implementing a control strategy according to the invention.
  • FIG. 2 is a decision graph showing the operation of the control strategy.
  • Figure 1 shows an electric vehicle traction machine 2 having a rotational speed, connected by a first transmission 4 to a dog clutch 6, comprising an upstream element connected to a downstream element when it is closed.
  • the clutch coupling 6 is connected by a second transmission 8 to the wheels 10 of an axle of the vehicle.
  • the first transmission 4 may include gear reduction, the first element of the coupling 6 rotating at a speed below this speed, or comprise a direct engagement with the shaft of the electric machine 2, the first element of the coupling then rotating at a speed which is the speed of this machine.
  • the second transmission 8 can in the same way include a gear reduction, or a direct engagement with the wheels 10, for example in the case where the clutch coupling 6 is attached to the differential driving the rear wheels of the vehicle.
  • the supervisor 12 then establishes requests sent to the electrical machine 2, including a speed setpoint 18, a torque setpoint 20, and a type of regulation which is required of it.
  • the electric machine 2 then responds to these requests by generating a request. torque according to the instructions torque 20, to achieve a regime according to the regimen 18, applying the type of regulation requested.
  • the torque setpoint 20 in preparation for closing the clutch coupling 6, the torque setpoint 20 enables the electric machine 2 to reach the speed setpoint 18 which it is requested as quickly as possible, in order to obtain the desired speed.
  • intermediate of the first transmission 4 substantially the synchronization speed of the elements of this coupling, with an acceptable margin for a commitment without risk.
  • FIG. 2 shows, in the case of a request for closing the clutch 30, a first selection 32 which calculates whether the speed difference of the two elements of the clutch coupling 6 is less than a speed threshold SV.
  • a second selection 34 calculates whether the difference between the speed reference 18 and the current speed 16 of the electric machine 2 is greater than a speed threshold SR.
  • At least one selection 32, 34 is negative, then there is an authorization 38 for regulating the electric machine 2, which can receive a torque setpoint equal to its maximum torque.
  • the speed threshold SV of the coupling 6 and the speed threshold SR correspond to 300trs / min maximum of the electric machine 2. This maximum value can be reached with the coupling 6 closed given the information phase shifts, and games as well as the elasticity of the driveline.
  • the electrical machine 2 can be put in a safe state 40 in order to ensure the safety of the vehicle, including in particular a cut of its control, or its control to deliver on the dog clutch coupling system. 6 a zero torque that accompanies the rotational speed changes of this coupling without applying effort on it.
  • control strategy according to the invention increasing the general safety of the vehicle, is simple and economical to implement, requiring only adaptations of the control programs of the hybrid power train, without modification of components.

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Abstract

L'invention a pour objet une stratégie de contrôle d'une machine électrique (2) reliée par un système d'accouplement à crabot (6) à des roues (10) d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en régime de la machine électrique (2) comportant une consigne de régime (18) de synchronisation qui ajuste avec une marge les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement (6) afin de préparer sa fermeture, cette stratégie étant remarquable en ce qu'elle émet une interdiction de la régulation en régime de la machine électrique (2) préparant la fermeture de l'accouplement à crabot (6), si l'écart de vitesse des deux éléments de cet accouplement (6) est inférieur à un seuil de vitesse, et si pour cette machine électrique (2) l'écart entre la consigne de régime (18) et son régime en cours (16) est supérieur à un seuil de régime.

Description

CONTROLE D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DE VEHICULE HYBRIDE POUR LA FERMETURE D'UN ACCOUPLEMENT A CRABOT
La présente invention concerne une stratégie de contrôle d'une machine électrique reliée par un système d'accouplement à crabot à des roues d'un véhicule automobile hybride, ainsi qu'un véhicule hybride comportant des moyens mettant en œuvre une telle stratégie.
Un type de véhicule hybride connu, présenté notamment par le document FR-B1 -2954441 , comporte un moteur thermique entraînant par une boîte de vitesses les roues avant du véhicule, et une machine électrique entraînant les roues arrière par une transmission comprenant un dispositif d'accouplement à crabot commandé par un actionneur automatique.
La machine électrique alimentée par des batteries de traction, peut fonctionner en moteur en prélevant une énergie sur ces batteries pour délivrer un couple sur les roues arrière, ou en génératrice en récupérant une énergie rechargeant ces batteries.
On obtient en accouplant la machine électrique aux roues arrière, un roulage en mode hybride comprenant une traction par le moteur thermique et par la machine électrique, ou un roulage en mode uniquement électrique en laissant la boîte de vitesses du moteur thermique au point mort.
Avec un désaccouplement de la machine électrique on réalise un roulage avec le moteur thermique sans entraîner cette machine, ce qui élimine les pertes venant de sa résistance à la rotation.
D'une manière générale, l'accouplement à crabot de la machine électrique peut comporter de chaque côté de cet accouplement, vers la machine électrique et vers les roues du véhicule, des transmissions démultipliant la vitesse pour adapter les vitesses de rotation.
En particulier l'accouplement à crabot peut être relié directement à l'arbre de la machine électrique, en tournant au même régime que cette machine, avec une réduction de vitesse en aval entraînant un différentiel répartissant la vitesse vers les roues arrière. En variante l'accouplement peut être installé dans le différentiel, en tournant à la même vitesse que les roues arrière.
L'accouplement à crabot ne présentant pas de progressivité lors de sa fermeture, contrairement à un embrayage par friction, il est nécessaire pour le fermer de prévoir une régulation en régime de la machine électrique assez précise avec une marge réduite, de manière à synchroniser suffisamment les vitesses de rotation des deux éléments de cet accouplement à relier avant d'engager leurs dentures entre elles, pour éviter des bruits, une usure, et un risque de refus d'engagement.
Le document de l'art antérieur cité ci-dessus présente un procédé d'accouplement de la machine électrique, cette machine recevant une consigne de régime de rotation de façon à synchroniser les deux éléments de l'accouplement à crabot, en tenant compte des démultiplications de la chaîne de transmission.
En particulier pour réduire rapidement un écart de vitesse assez important des éléments de l'accouplement, on applique un pilotage de la machine électrique demandant son couple maximum, qui peut être positif ou négatif, pour atteindre rapidement le régime de consigne.
Toutefois ce procédé peut poser des problèmes en cas de défaillance du système de contrôle, si on applique un pilotage de la machine électrique avec un couple élevé alors que l'accouplement à crabot est fermé par erreur. On obtient une pointe de couple sur les roues entraînées par cette machine électrique, accélérant ou freinant le véhicule, qui peut être dangereux pour le conducteur et son entourage en déstabilisant ce véhicule.
D'une manière générale ce problème se pose pour une machine électrique d'un véhicule hybride entraînant les roues avant ou arrière par l'intermédiaire d'un accouplement à crabot, cette machine étant reliée aux roues indépendamment de la transmission du moteur thermique, ou par l'intermédiaire de cette transmission. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur.
Elle propose à cet effet une stratégie de contrôle d'une machine électrique reliée par un système d'accouplement à crabot à des roues d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en régime de la machine électrique comportant une consigne de régime de synchronisation qui ajuste avec une marge les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement afin de préparer sa fermeture, cette stratégie étant remarquable en ce qu'elle émet une interdiction de la régulation en régime de la machine électrique préparant la fermeture de l'accouplement à crabot, si l'écart de vitesse des deux éléments de cet accouplement est inférieur à un seuil de vitesse, et si pour cette machine électrique l'écart entre la consigne de régime et son régime en cours est supérieur à un seuil de régime.
Un avantage de cette stratégie est que pour préparer une fermeture dans le cas où l'accouplement à crabot est déjà fermé, alors l'écart de vitesse des éléments de l'accouplement est inférieur au seuil de vitesse. Si de plus la consigne de régime est éloignée du régime en cours au-delà du seuil de régime, alors la stratégie empêche la régulation en régime de la machine électrique demandant un fort couple pour rattraper cette différence, ce qui constituerait une erreur présentant un inconfort ou même un danger pour les passagers et l'entourage.
Si par contre la consigne de régime est proche du régime en cours, en- dessous du seuil de régime, alors la stratégie n'empêche pas la régulation en régime de la machine électrique. Dans le cas d'une défaillance avec un accouplement fermé, cet écart de régime est trop faible pour demander à la machine électrique un fort couple de rattrapage de la différence, le faible couple demandé ne serait pas inconfortable ni dangereux.
Par contre dans le cas d'une absence de défaillance, pour des changements rapides comprenant par exemple une fermeture du crabot juste après son ouverture, l'écart de vitesse est encore inférieur au seuil de vitesse, mais la consigne de régime est proche du régime en cours, en dessous du seuil de régime. On n'est alors pas obligé d'attendre un dépassement du seuil de vitesse pour mettre en œuvre le procédé de régulation en régime de la machine électrique, qui peut commencer de suite.
La stratégie de contrôle d'une machine électrique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, après une interdiction de la régulation en régime de la machine électrique, la stratégie met la machine électrique dans un état assurant la sécurité comportant une coupure de la commande de la machine électrique, ou un pilotage de cette machine électrique pour délivrer sur le système d'accouplement à crabot un couple nul.
Avantageusement, la stratégie autorise la régulation en régime de la machine électrique si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot est supérieur au seuil de vitesse, ou si l'écart entre la consigne de régime et le régime en cours est inférieur au seuil de régime.
Avantageusement, le seuil de vitesse de l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement, correspond en prenant en compte la démultiplication d'une transmission reliant la machine électrique à cet accouplement, à un régime maximum de cette machine électrique de
300trs/mn.
Avantageusement, le seuil de régime de l'écart entre la consigne de régime de la machine électrique et son régime en cours, est au maximum de 300trs/mn.
L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride équipé d'une machine électrique entraînant des roues par un accouplement à crabot, qui comporte des moyens mettant en œuvre une stratégie de contrôle de cette machine électrique comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
En particulier, la machine électrique peut entraîner les roues disposées à l'arrière du véhicule. 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 et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma présentant les équipements d'un véhicule hybride mettant en œuvre une stratégie de contrôle selon l'invention ; et
- la figure 2 est un graphique de décision présentant le fonctionnement de la stratégie de contrôle.
La figure 1 présente une machine électrique de traction du véhicule 2 présentant un régime de rotation, reliée par une première transmission 4 à un accouplement à crabot 6, comprenant un élément amont relié à un élément aval quand il est fermé. L'accouplement à crabot 6 est lié par une deuxième transmission 8 aux roues 10 d'un essieu du véhicule.
La première transmission 4 peut comporter une démultiplication de la vitesse, le premier élément de l'accouplement 6 tournant à une vitesse inférieure à ce régime, ou comporter une prise directe avec l'arbre de la machine électrique 2, le premier élément de l'accouplement tournant alors à une vitesse qui est le régime de cette machine.
La deuxième transmission 8 peut de la même manière comporter une démultiplication de la vitesse, ou une prise directe avec les roues 10, par exemple dans le cas où l'accouplement à crabot 6 est accolé au différentiel entraînant les roues arrière du véhicule.
Un superviseur 12 utilisant un calculateur électronique, réalisant la commande de la machine électrique 2 pour la traction du véhicule, reçoit une information de la vitesse des roues 14 venant d'un capteur de vitesse de ces roues, et une information du régime de la machine électrique 16 venant de cette machine.
Le superviseur 12 établit alors des demandes envoyées à la machine électrique 2, comportant une consigne de régime 18, une consigne de couple 20, et un type de régulation qui lui est demandé 22. La machine électrique 2 répond alors à ces demandes en générant un couple conforme à la consigne de couple 20, pour atteindre un régime conforme à la consigne de régime 18, en appliquant le type de régulation demandé.
En particulier en préparation d'une fermeture de l'accouplement à crabot 6, la consigne de couple 20 permet à la machine électrique 2 d'atteindre le plus rapidement possible la consigne de régime 18 qui lui est demandé, afin d'obtenir par l'intermédiaire de la première transmission 4 sensiblement la vitesse de synchronisation des éléments de cet accouplement, avec une marge acceptable pour un engagement sans risque.
On notera que la vitesse de l'élément aval de l'accouplement à crabot 6, liée à la vitesse des roues 10 en prenant en compte la démultiplication de la deuxième transmission 8, reste sensiblement constante pendant cette manœuvre.
La figure 2 présente dans le cas d'une demande de fermeture du crabot 30, une première sélection 32 qui calcule si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot 6 est inférieur à un seuil de vitesse SV.
On a en parallèle de cette première sélection 32, une deuxième sélection 34 qui calcule si l'écart entre la consigne de régime 18 et le régime en cours 16 de la machine électrique 2, est supérieur à un seuil de régime SR.
On a ensuite une opération booléenne d'addition 40 « ET », donnant si les deux sélections 32, 34 sont positives, une interdiction 36 de la régulation en régime de la machine électrique 2 préparatoire à la fermeture de l'accouplement 6.
Si au moins une sélection 32, 34 est négative, on a alors une autorisation 38 de régulation en régime de la machine électrique 2, qui peut recevoir une consigne de couple 20 égale à son couple maximal.
Dans ce dernier cas on a l'assurance que l'accouplement à crabot 6 est ouvert, grâce à l'écart de vitesse de ses deux éléments qui est supérieur au seuil de vitesse SV. On évite en cas de défaillance un inconfort ou un danger. De plus si l'accouplement 6 vient d'être ouvert avec une différence de vitesse inférieure au seuil de vitesse SV, et que l'on demande aussitôt une fermeture de cet accouplement avec un écart entre la consigne de régime 18 et le régime en cours 16 inférieur au seuil de régime SR, à cause de cette faible différence de vitesse, on a l'autorisation 38 de régulation en régime de la machine électrique 2.
Dans ce cas lors d'une défaillance avec un accouplement 6 restant fermé, la faible différence entre la consigne de régime 18 et le régime en cours 16 ne peut pas entraîner d'inconfort ou de danger important.
Avantageusement, le seuil de vitesse SV de l'accouplement 6 et le seuil de régime SR correspondent à 300trs/mn maximum de la machine électrique 2. Cette valeur maximum peut être atteinte avec l'accouplement 6 fermé compte tenu des déphasages des informations, et des jeux ainsi que de l'élasticité de la chaîne cinématique.
Après la détection d'une défaillance, on peut mettre la machine électrique 2 dans un état sûr 40 afin d'assurer la sécurité du véhicule, comprenant notamment une coupure de sa commande, ou son pilotage pour délivrer sur le système d'accouplement à crabot 6 un couple nul qui accompagne les changements de vitesse de rotation de cet accouplement sans appliquer d'effort dessus.
La stratégie de contrôle suivant l'invention augmentant la sécurité générale du véhicule, est simple et économique à mettre en œuvre, en nécessitant seulement des adaptations des programmes de contrôle de la chaîne de traction hybride, sans modification de composants.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Stratégie de contrôle d'une machine électrique (2) reliée par un système d'accouplement à crabot (6) à des roues (10) d'un véhicule automobile hybride, ce véhicule mettant en œuvre une régulation en régime de la machine électrique (2) comportant une consigne de régime (18) de synchronisation qui ajuste avec une marge les vitesses des deux éléments à relier de l'accouplement (6) afin de préparer sa fermeture, caractérisée en ce qu'elle émet une interdiction de la régulation en régime (36) de la machine électrique (2) préparant la fermeture de l'accouplement à crabot (6), si l'écart de vitesse des deux éléments de cet accouplement (6) est inférieur à un seuil de vitesse (SV), et si pour cette machine électrique (2) l'écart entre la consigne de régime (18) et son régime en cours (16) est supérieur à un seuil de régime (SR).
2 - Stratégie de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'après une interdiction de la régulation en régime (36) de la machine électrique (2), elle met la machine électrique (2) dans un état assurant la sécurité comportant une coupure de la commande de la machine électrique (2), ou un pilotage de cette machine électrique (2) qui délivre sur le système d'accouplement à crabot (6) un couple nul.
3 - Stratégie de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle autorise la régulation en régime (38) de la machine électrique (2) si l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement à crabot (6) est supérieur au seuil de vitesse (SV), ou si l'écart entre la consigne de régime (18) et le régime en cours (16) est inférieur au seuil de régime (SR).
4 - Stratégie de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le seuil de vitesse (SV) de l'écart de vitesse des deux éléments de l'accouplement (6), correspond en prenant en compte la démultiplication d'une transmission (4) reliant la machine électrique (2) à cet accouplement (6), à un régime maximum de cette machine électrique (2) de 300trs/mn. 5 - Stratégie de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le seuil de régime (SR) de l'écart entre la consigne de régime (18) de la machine électrique (2) et son régime en cours (16), est au maximum de 300trs/mn.
6 - Véhicule automobile hybride équipé d'une machine électrique (2) entraînant des roues (10) par un accouplement à crabot (6), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en œuvre une stratégie de contrôle de cette machine électrique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7 - Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que la machine électrique (2) entraîne les roues (10) qui sont à l'arrière du véhicule.
EP17822383.0A 2017-01-06 2017-12-07 Controle d'une machine electrique de vehicule hybride pour la fermeture d'un accouplement a crabot Withdrawn EP3565728A1 (fr)

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