FR2467332A1 - Procede de changement de mode avec passage sous couple pour un dispositif a vitesse variable, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif permettant de commuter, sous couple, les branches d'un variateur de vitesse à division de puissance. Il comprend un variateur auxiliaire de vitesse VA dont la sortie est reliée à une première entrée est reliée au moins à l'une des deux branches 1 et 2, et une logique séquentielle de commande LC qui commande le variateur auxiliaire VA et le variateur élémentaire de vitesse VE de telle façon que l'un soit chargé de la synchronisation des deux branches 1 et 2, l'autre de la progression de vitesse de l'arbre de sortie 5, 15, et qui commande la fermeture de l'embrayage E1 ou E2 précédemment ouvert, le transfert progressif du couple d'une branche à l'autre, l'ouverture de l'embrayage E2 ou E1 primitivement fermé et enfin le retour à zéro du variateur VA. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne un procédé de changement de mode avec passage sous couple pour un dispositif a vitesse variable comportant une premiere branche de transmission ayant une première vitesse variable de sortie et une deuxieme branche de transmission ayant une deuxième vitesse variable de sortie, les première et deuxième vitesses variables de sortie étant contrôlées par un même variateur élémentaire de vitesse, les deux branches étant reliées à un arbre de sortie respectivement par des premier et deuxièmes embrayages dont un seul est nor malement fermé en fonctionnement et qui sont commutés pour le changement de mode lorsque lesdites première et deuxième vitesses variables de sortie sont approximativement égales. L'invention concerne C gaiement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede.

Un variateur continu de vitesse à division de puissance résulte de l'accouplement d'un variateur de vitesse classique, dit élémentaire, une sorte de boîte mécanique de vitesses.

Les résultats de cette association sont les suivants - La puissance du variateur élémentaire n est qu'une fraction de la puissance de sortie - le endement du variateur a division de puissance est supérieur elui du variateur élémentaire.

Ces deux avantages proviennent du fait que seule une fraction de la puissance est dérivée dans le variateur elémen- taire et que le reste de la puissance rejoint la sortie selon un trajet mecanique court ayant un très bon rendement.

Les variateurs a division de puissance sont de topologies diverses et diffrent les uns des autres dans une meme topologie par la nature physique du variateur élémentaire, ses caractEris- tiques de sortie et le le nombre de modes, c'est-à-dire d'excu- sions du variateur élémentaire mises en jeu pour effectuer une excursion complète de vitesse du variateur à division de puissance.

On connaît un variateur à division de puissance très simple, dit boîte à deux arbres et à deux modes, pour lequel le changement de mode s'effectue à couple nulle. Un tel variateur à division de puissance est représenté sur la figure 1 des dessins annexés. I1 comprend deux branches de transmission 1 et 2 comportant chacune un différentiel D1 et D2 dont les arbres de sortie 3 et 4 peuvent être sélectivement reliés à l'arbre de sortie 5 du variateur à division de puissance respectivement par les embrayages E1 et E2 et par des roues dentées 6, 7 et 8. Les deux entrées du différentiel D1 sont reliées l'une directement, l'autre à travers un variateur élémentaire
VE à l'arbre d'entrée 9 entraîné à une vitesse V1.Les deux entrées du différentiel D2 sont reliées l'une à la sortie d'un multiplicteur M qui multiplie par trois la vitesse d'entrée V1, l'autre à la sortie d'un inverseur INV qui inverse la vitesse de sortie directe VSD du variateur élémentaire VE. Les différentiels
D1 et D2 agissent comme des sommateurs.

Lorsque l'embrayage E1 est collé et 1'embrayage E2 ouvert, la vitesse VS de l'arbre de sortie 5 est la somme de la vitesse d'entrée V1 et de la vitesse de sortie directe VSD du variateur élémentaire VE. Supposons que l'excursion du variateur VE est comprise entre -lVl + ) et (V1 + E3 étant petit par rapport à V1.

Tant que l'embrayage E1 est collé, l'excursion de vitesse de l'arbre de sortie 5 peut passer pratiquement de zéro à 2V1 (premier mode). Lorsque VS a atteint la valeur 2 V1 par valeurs croissantes, la vitesse de sortie V' de l'arbre de sortie 4 du différentiel D2 atteint la vitesse V2 - V1 = 2 V1 par valeurs décroissantes. A ce moment précis, les deux différen- tiels D1 et D2 ont alors leurs sorties instantanément synchrones.

Pour commuter les embrayages E1 et E2 (changement de mode), il faut éviter leurs collages simultanés, car les mouvements accé lèrent en sens inverse. Ainsi débute le deuxième mode ou la vitesse de sortie du variateur élémentaire VE repasse de + V1 à -V1 pour que la vitesse de sortie Vs passe de 2 V1 à 4 V1. Pour éviter les battements d'embrayage au moment de la commutation, il faut introduire une petite hystérésis en dépassant légèrement la vitesse de synchronisation, d'ou la présence d's. La commutation s'effectue avec annulation du couple et forte dérivée de l'accélération ("jerk") au niveau du variateur élémentaire VE et des divers engrenages. Malgré son élémentaire simplicité, cette boite connue est peu utilisée du fait de sa brutalité.

La présente invention a essentiellement pour objet de fournir un procédé de changement de mode permettant un passage sous couple sans brutalité dans un dispositif à vitesse variable du genre décrit plus haut, et elle a également pour but de fournir un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

A cet effet, le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'on ajoute une vitesse auxiliaire variable à l'une au moins des deux branches de façon à prolonger le synchronisme des deux branches pendant que se poursuit l'excursion de vitesse de l'arbre de sortie, en ce que, pendant la commutation des branches, on assure d'une part la synchronisation des deux branches et, d'autre part, la progression de vitesse de l'arbre de sortie, en ce que, la synchronisation étant effectuée, on ferme l'embrayage précédemment ouvert, en ce qu'on transfère progressivement le couple de la branche précédemment active à l'autre branche, et en ce qu'à la fin de ce transfert, on ouvre l'embrayage précédemment fermé et on ramène la vitesse auxiliaire variable à une valeur initiale nulle, le variateur élémentaire étant à nouveau seul chargé de la consigne de vitesse de sortie du dispositif à vitesse variable.

Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un variateur auxiliaire de vitesse dont la sortie est reliée à une première entrée d1au moins un différentiel auxiliaire dont la seconde entrée est reliée à au moins l'une des deux branches, et une logique séquentielle de commande qui, pendant la commutation des deux branches, commande le variateur auxiliaire de vitesse et le variateur élémentaire de vitesse de telle façon que l'un soit chargé de la synchronisation des deux branches, l'autre de la progression de vitesse de l'arbre de sortie, la logique séquentielle de commande ayant en outre pour fonction de détecter que ladite synchronisation a été effectuée, et de commander ensuite la fermeture de l'embrayage précédemment ouvert, puis le transfert progressif du couple due la branche précédemment active à l'autre branche, puis-1'ouverture de l'embrayage primitivement fermé et enfin le retour du variateur auxiliaire de vitesse à une vitesse initiale nulle, le variateur élémentaire de vitesse-étant alors à nouveau seul chargé de la consigne de vitesse de sortie du dispositif à vitesse variable.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui est donnée en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 montre schématiquement un variateur à division de puissance selon l'art antérieur.

La figure 2 montre schématiquement un variateur à diviseur de puissance selon une forme d'exécution de la présente invention.

La figure 3 montre schématiquement un variateur à division de puissance selon une autre forme d'exécution de la présente invention.

La figure 4 montre schématiquement encore une autre forme d'exécution d'un variateur à division de puissance selon l'invention.

Le variateur à division de puissance représenté sur la figure 2 comprend, en plus des éléments déjà décrits plus haut et représentés sur la figure 1, un variateur auxiliaire VA de faible puissance,-dont la vitesse de sortie est ajoutée à celle de l'arbre 5 au moyen d'un différentiel auxiliaire DA. Des capteurs de vitesse 11, 12, 13 et 14 permettent de mesurer respectivement la vitesse V de l'arbre 3, la vitesse V' de l'arbre 4, la vitesse de l'arbre 5 et la vitesse de sortie VS de l'arbre de sortie 15 du différentiel auxiliaire DA qui constitue maintenant l'arbre de sortie du variateur à division de puissance.

Des capteurs de couple 16 et 17 permettent de mesurer les couples respectivement sur les arbres 3 et 4. Une logique séquentielle de commande LC reçoit les informations en provenance des capteurs de vitesse Il à 14 et des capteurs de couple 16 et 17 et, sur la base de ces informations, commande le variateur elémen- taire VE, le variateur auxiliaire VA et les embrayes E1 et E2 selon la séquence qui va être décrite plus loin.

Le variateur auxiliaire VA peut être un variateur mécanique classique entraîné par exemple à partir de l'arbre d'entrée 9, ou encore un moteur électrique à vitesse variable. Pendant les premier et second modes, la vitesse de sortie du variateur auxiliaire VA est nulle, tandis que, pendant la commutation des branches 1 et 2 (changement de mode), le variateur VA est chargé d'assurer la progression de la vitesse de l'arbre de sortie 15 selon la loi prévue, tandis que le variateur VE est chargé de la synchronisation des vitesses V et V' des arbres 3 et 4.

Le fonctionnement du variateur à division de puissance représente sur la figure 2 est le suivant
avant que les vitesses V et V' des arbres 3 et 4 des branches 1 et 2 n'arrivent au synchronisme (2V1), le variateur
VE reçoit la consigne de vitesse et agit sur l'arbre 5 par l1intrmédiaire de la branche active, par exemple la branche 1 si 1embrayage E1 est fermé et l'embrayage E2 ouvert, de telle façon que la vitesse de l'arbre 5 suive la valeur de consigne, tandis que la vitesse de sortie du variateur V est maintenue nulle de sorte que arbre 15 a la même vitesse que l'arbre 5.

Lorsque les vitesses V et V' des arbres 3 et 4 approchent du sRmcllronis-ae, ce fait est dtecté par la logique séquentielle commande qui compare les vitesses V et V' d'après les informations fournies par les capteurs Il et 12 (on notera que les capteurs 11 et 12 peuvent être remplaces par un capteur de vitesse différentielle capable de mesurer directement la diffé- ren, des vitesses V et V'.Lorsque 7a logique LC détecte que la valeur absolue de la différence V-V' est descendue au dessous d'une valeur de seuil prédéterminée, elle commande le report de la consigne de vitesse du variateur VE au variateur V qui est alors chargé de la progression de vitesse de l'arbre 15, tandis que le variateur VE reçoit l'ordre de chercher et de maintenir le synchronisme de vitesse des deux arbres 3 et 4.

Une fois que ce synchronisme a été atteint, ce fait est détecté par la logique LC qui commande alors la fermeture de l'embrayage précédemment ouvert,par exemple l'embrayage E2 si l'embrayage
E1 était fermé, et qui agit aussi sur le variateur VE pour transférer le couple de la branche précédemment active, par exemple la branche 1, à la branche nouvellement mise en service, par exemple la branche 2.

Lorsque ce transfert de couple a été effectué et que le couple est devenu nul à la sortie de la branche précédemment active, par exemple la branche 1, ce fait est détecté par la logique LC à partir de l'information fournie par le capteur de couple 16 (ou le capteur de couple 17 si la branche 2 était précédemment active) et la logique LC commande alors l'ouverture de l'embrayage de ladite branche précédemment active, à savoir l'embrayage E1 dans l'exemple considéré ici. Ensuite, la logique LC reporte la consigne de vitesse sur le variateur
VE qui est alors de nouveau investi-de la consigne de vitesse, tandis qu'elle ramène le variateur VA à sa vitesse initiale nulle Le changement de mode est alors effectué.

On obtient ainsi un passage sous couple et sans heurt du premier mode au second mode. I1 va de soi que le.passage du second mode au premier mode s'effectue de manière similaire.

La figure 3 montre une autre réalisation de la présente invention, qui est analogue à celle montrée sur la figure 2 et correspond au même procédé. Dans la figure 3, les éléments qui sont identiques à ceux montrés sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence. Dans la figure 3, le variateur auxiliaire VA ajoute la même vitesse à l'un quelconque des deux arbres d'entrée du différentiel D1, par exemple celui qui était auparavant connecté à l'arbre de sortie du variateur VE, au moyen d'un différentiel auxiliaire DA1 et à l'un quelconque des deus-arbres d'entrée du différentiel D2, par exemple celui qui était auparavant relié à la sortie inversée de l'inverseur INV, au moyen d'un différentiel DA2.

Dans ce cas encore, bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 3, il est aussi prévu une logique séquentielle de commande et un jeu de capteurs disposés d' une manière analogue à celle représentée sur la figure 2. Pour le changement de mode, la séquence de fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 est identique à celle du dispositif représenté sur la figure 2.

La figure 4 montre une autre réalisation de l'invention, dans laquelle les éléments qui sont identiques ou qui ont la même fonction que ceux représentés sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes numéros de référence. Dans la réalisation représentée sur la figure 4, les éléments sont disposés sensi- blement de la même manière que dans la figure 3, excepté que l'arbre de sortie du variateur auxiliaire VA est relié aux différentiels auxiliaires DA1 et DA2 respectivement par des embrayages E3 et E4. Dans la réalisation de la figure 4, pendant le changement de mode, le variateur auxiliaire VA est relié seulement à l'une des deux branches 1 et 2, à savoir celle qui était inactive avant le changement de mode, au moyen de l'embrayage E3 ou de l'embrayage E4 selon le cas.Pendant le changement de mode, le variateur auxiliaire VA assure la synchronisation des vitesses V et V' des arbres 3 et 4, alors que le variateur élémentaire VE assure constamment la progression de la vitesse de sortie Vs de l'arbre 5 suivant la consigne de vitesse. Cette disposition est plus naturelle quant aux consignes de vitesse qui ne sont pas reportées d'un variateur a l'autre pendant la commutation, mais dans ce cas, la puissance du variateur auxiliaire VA doit être supérieure à celles des variateurs auxiliaires des dispositifs représentés sur les figures 2 et 3, car il doit combler l'écart entre les vitesses V et V' des deux branches 1 et 2, écart qui est double de la variation de la vitesse de sortie Vs. En outre, la symétrie impose l'utilisation des deux différentiels auxiliaires DA1 et DA2 pour le changement de mode soit par vitesse croissante, soit par vitesse décroissante, ainsi que des deux embrayages E3 et
E4 pour sélectionner la branche 1 ou 2 qui était inactive avant le changement de mode et sur laquelle le variateur auxiliaire
VA doit agir pendant le changement de mode.

Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 4, il est également prévu dans ce cas une logique de commande et des capteurs de vitesse et des capteurs de couple qui sont disposés d'une manière -analogue à celle représentée sur la figure 2.

La séquence de fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 4 est la suivante
Lorsque les vitesses V et V' des arbres 3 et 4 s'appro- chent du synchronisme, et si les conditions de commutation existent, la logique séquentielle de commande affecte la consigne de synchronisation au variateur auxiliaire VA et commande la fermeture de l'embrayage E3 ou E4 afin de connecter le variateur VA à la branche 1 ou 2 qui était précédemment inactive.

La suite de la séquence est analogue à celle décrite à propos de la réalisation représentée sur la figure 2, à ceci près que le variateur élémentaire VE conserve en permananece la surveillance de la vitesse de sortie VS.

Si on veut éviter d'avoir à utiliser les embrayages E3 et
E4, il faut alors insérer en amont de chacun des différentiels auxiliaires DA1 et DA2 un variateur auxiliaire particulier.

Dans ce cas, seul le variateur auxiliaire raccorde à la branche qui était précédemment inactive est mis en service par la logique séquentielle de commande au moment du changement de mode.

Par ailleurs, dans le cas des dispositifs représentés sur les figures 2 et 3, on peut utiliser un variateur élémentai- re VE qui a une excursion allant seulement de zéro à V1, avec un jeu d'inverseurs et d'embrayages supplémentaires pour pouvoir faire une excursion symétrique et assurer le passage sous couple au moment du passage à zéro du variateur élémentaire, l'ensemble étant complété par le même dispositif à variateur auxiliaire en remplaçant la consigne de synchronisation des deux branches 1 et 2 par la consigne de maintien à zéro du variateur (lémentai- re.Pendant le passage à zéro du variateur élémentaire, le maintien du couple est assuré comme dans le cas des figures 2 et 3 par le variateur auxiliaire qui est chargé par la logique séquentielle de commande de respecter la consigne de vitesse pour l'arbre de sortie 5.

Sur le plan du dimensionnement, il n'est pas souhaitable qu'en dehors des périodes de commutation (changement de mode), le variateur auxiliaire VA soit maintenu sous couple à vitesse nulle Pour éviter cet inconvénient, il est possible de monter un frein 18 sur l'arbre de sortie du variateur auxiliaire VA dans le cas des figures 2 et 3, ou deux freins 18 et 19 respectivement sur les arbres d'entrée des différentiels DA1 et DA2 qui sont reliés aux embrayages E3 et E4 dans le cas de la figure 4. Le frein 18 ou les freins 18 et 19 sont commandés par la logique séquentielle de commande LC de telle façon qu'ils soient toujours en action sauf au cours des périodes de commustation pendant lesquelles le frein 18 (figures 2 et 3) ou le frein 18 ou 19 (figure 4) est desserré au moment ou le couple du variateur auxiliaire VA a atteint la valeur convenable pour le relayer.

Bien entendu, lorsque le frein agit, on peut aussi débrayer l'entrée du variateur auxiliaire VA si celui-ci est à entrainement mécanique ou couper son alimentation électrique s'il est constitué par un moteur électrique à vitesse variable
Une ais ces précautions prises; le variateur auxiliaire VA ne fonctionne 9 par impulsions extrêmement brèves et il peut être dimensionne en conséquence
I1 est bien entendu que les formes d'exécution de la présente invention qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre d'exemple purement indicatif et nullement limi tatif, et elle de nombreuses modifications peuvent être facxle- ment apportès par l'homme de lart sans pour autant sortie du cadre de la présente invention.

Claims (7)

REVEND ICAT IONS

1.- Procédé de changement de mode avec passage sous couple pour un dispositif à vitesse variable comportant une première branche de transmission ayant une première vitesse variable de sortie et une deuxième branche de transmission ayant une deuxième vitesse variable de sortie, les première et deuxième vitesses variables de sortie étant contrôlées par un même variateur élémentaire de vitesse, les deux branches étant reliées à un arbre de sortie respectivement par des premier et deuxième embrayages dont un seul est normalement fermé en fonctionnement et qui sont commutés pour le changement de mode lorsque lesdites première et deuxième vitesses variables de sortie sont approximativement égales, caractérisé en ce qu'on ajoute une vitesse auxiliaire variable à l'une au moins des deux branches de façon a prolonger le synchronisme des deux branches pendant que se poursuit l'excursion de vitesse de l'arbre de sortie, en ce que, pendant lacommutationdes branches, on assure d'une part la synchronisation des. deux branches et d'autre part, la progression de vitesse de l'arbre de sortie, en ce que,la synchronisation étant effectuée, on ferme l'embrayage précédemment ouvert, en ce qu'on transfère progressivement le couple de la branche précédemment active à l'autre branche, et en ce qu'à la fin de ce transfert, on ouvre l'embrayage pre- cédemment fermé et on ramène la vitesse auxiliaire variable à une valeur initiale nulle, le variateur élémentaire étant à nouveau seul chargé de la consigne de vitesse de sortie du dispositif à vitesse variable.

(E2 ou E1) primitivement fermé et enfin le retour du variateur auxiliaire de vitesse (VA) à une vitesse initiale nulle, le variateur élémentaire de vitesse (VE) étant alors à nouveau seul chargé de la consigne de vitesse de sortie du dispositif à vitesse variable.

2. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un variateur auxiliaire de vitesse (VA) dontla sortie est reliée à une première entrée d'au moins un différentiel auxiliaire (DA) dont la seconde entrée est reliée au moins à l'une des deux branches (1 et 2), et une logique séquentielle de commande (LC) qui, pendant la commutation des deux branches (1 et 2), commande le variateur auxiliaire de vitesse (VA) et le variateur élémentaire de vitesse (VE) de telle façon que l'un soit chargé de la synchronisation des deux branches (1 et 2), l'autre de la progression de vitesse-de l'arbre de sortie (5, 15), la logique séquen tielle de commande (LC) ayant en outre pour fonction de détecter que ladite synchronisation a té effectuée, et de commander ensuite la fermeture de l'embrayage (E1 ou E2) précédemment ouvert, puis le transfert progressif du couple de la branche précédem- ment active à l'autre branche, puis l'ouverture de l'embrayage

3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un unique différentiel auxiliaire (DA) dont ladite seconde entrée est reliée a l'arbre de sortie (5) du dispositif à vitesse variable.

4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux différentiels auxiliaires (DA1 et DA2) dont les premières entrées sont reliées à la sortie du variateur auxiliaire de vitesse (VA) et dont les deuxièmes entrées sont reliées respectivement aux deux branches (1 et 2).

5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la sortie du variateur auxiliaire de vitesses (VA) est reliée aux premières entrées des deux différentiels auxiliaires (DA1 et

DA2) respectivement par l'intermédiaire d'un troisième et d1un quatrième embrayages (E3 et E4), seul celui des troisième et quatrième embrayages qui est relié à la première entrée du différentiel auxiliaire dont la seconde entrée est reliée a la branche qui était précédemment inactive,étant fermé pendant la commutation.

6.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un frein 18 est monté sur l'arbre de sertie du variateur auxiliaire (VA) et est commandé par la logique de commande (LC) de façon a être desserré uniquement pendant les périodes de commutation.

7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux freins (18 et 19) sont montés respectivement sur les premières entrées des deux différentiels auxiliaires (DA1 et DA2) et sont commandés par la logique de commande (LC) de telle façon que celui des deux freins qui est associé à la pre mière entrée du différentiel auxiliaire dont la seconde entrée est reliée a la branche qui était précédemment inactive, soit desserré pendant la commutation des branches.