FR2715896A1 - Procédé de commande d'embrayage pour réguler l'accélération longitudinale d'un véhicule utilitaire. - Google Patents

Abstract

Le procédé de commande d'un embrayage à actionnement électro-hydraulique équipant un véhicule utilitaire consiste à détecter la vitesse de rotation (omega) de l'arbre de transmission mécanique (8) du véhicule en un point situé en amont du train de réduction finale entre les essieux avant et arrière du véhicule, à calculer à partir de ladite vitesse, l'accélération longitudinale théorique (Gt) du véhicule, et à effectuer une correction instantanée (Ic) sur la valeur du signal de consigne (II) pour élaborer un signal de commande (Ie) qui permet de limiter l'accélération longitudinale du véhicule quand l'accélération calculée à partir de la vitesse détectée (omega) dépasse une valeur d'accélération de référence (Go) Applications: améliorer la progressivité de l'embrayage des tracteurs agricoles et engins de travaux publics.

Description

Procédé de commande d'embrayage pour réguler l'accélération longitudinale d'un véhicule utilitaire.

La présente invention concerne un procédé de commande d'un embrayage à actionnement électro-hydraulique équipant un véhicule utilitaire, tel qu'un tracteur agricole ou un engin de travaux publics, en vue d'une régulation de l'accélération longitudinale du véhicule. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.

Les véhicules utilitaires, en particulier les engins agricoles ou de travaux publics sont équipés la plupart du temps d'un embrayage piloté par un actionneur électro-hydraulique, du type par exemple à multi-disques immergés. Le rôle de l'embrayage est d'établir ou de supprimer la liaison mécanique entre le moteur d'entraînement du véhicule et la boîte de vitesse reliée mécaniquement à un système de transmission de couple mécanique pour entraîner les moyeux des roues du véhicule. L'actionnement électro-hydraulique de l'embrayage est effectué à l'aide d'une pédale d'embrayage actionnée mécaniquement par le conducteur du véhicule. La pédale d'embrayage est reliée à un potentiomètre qui émet un signal de consigne proportionnel à la position angulaire de la pédale d'embrayage autour de son axe de pivotement.

L'électrovanne de commande de l'embrayage est pilotée par un courant d'intensité proportionnel à cette tension pour actionner hydrauliquement des disques d'embrayage en vue d'établir une liaison mécanique entre le moteur et la boîte de vitesse pour transmettre à cette dernière le couple mécanique développé par le moteur.

L'embrayage est actionné pendant les phases de démarrage, de changement de vitesse et de changement de sens de marche du véhicule. Le conducteur du véhicule actionne la pédale d'embrayage d'une manière qui lui est personnelle. Cela se traduit notamment par une différence sur la durée de l'embrayage lors d'un changement de conducteur.

Par ailleurs, le même conducteur, qui embraye d'une certaine façon lorsque son véhicule roule sur un sol mou tel qu'un chemin de terre ou un champ, ne peut conserver la même façon d'embrayage, sans risque d'accident, lorsque le véhicule aborde un sol dur, tel qu'une route goudronnée. D'une façon générale, plus l'embrayage est sec, plus l'accélération longitudinale du véhicule est élevée, et plus les risques d'accident sont importants. Enfin, on sait qu'un embrayage trop sec peut se traduire à terme pour l'utilisateur par des problèmes dorsaux extrêmement graves.

La présente invention a pour objet de résoudre le problème d'embrayage évoqué ci-dessus en proposant une technique d'asservissement qui limite l'accélération longitudinale du véhicule tout en laissant une grande autonomie au conducteur.

Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à un procédé de commande d'un embrayage à actionnement électro-hydraulique équipant un véhicule utilitaire tel qu'un tracteur agricole ou engin de travaux publics. Ce procédé consiste à
- détecter la vitesse de rotation de l'arbre de transmission mécanique du véhicule en un point situé en amont du train de réduction finale entre les essieux avant et arrière du véhicule,
- calculer à partir de ladite vitesse, l'accélération longitudinale théorique du véhicule, et
- effectuer une correction instantanée sur la valeur du signal de consigne pour élaborer un signal de commande qui permet de limiter l'accélération longitudinale du véhicule quand l'accélération calculée à partir de la vitesse détectée dépasse une valeur d'accélération de référence.

L'invention a également pour objet un procédé de commande d'embrayage permettant d'anticiper la pointe d'accélération longitudinale du véhicule.

Ce résultat est obtenu grâce au procédé précité avec comme conditions supplémentaires l'intervalle de temps séparant le calcul de l'accélération théorique et la correction subséquente du signal de consigne est déterminé de façon à permettre la correction de l'accélération du véhicule, dans un temps inférieur ou égal au 1/10 ème du temps réellement mis par celui-ci pour établir le niveau d'accélération maximal engendré par le signal de consigne.

L'invention vise en outre à contrôler régulièrement l'accéléra tion longitudinale du tracteur. Cet objectif est atteint conformément à une variante de l'invention selon laquelle la comparaison entre l'accélération théorique calculée et l'accélération de référence d'une part, et la correction du signal de consigne d'autre part sont effectuées de fa çon périodique et synchronisée.

La prise en compte, dans le contrôle de l'accélération longitudinale du véhicule, des paramètres déterminés par le conducteur du véhicule, et du comportement de son utilisateur, constitue également un des aspects de l'invention, selon lequel la vitesse détectée n'est prise en compte que si elle est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé de vitesse, de sorte que si co < oo, le signal de commande de l'em- brayage est égal au signal de consigne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le signal de correction Ic est calculé à l'aide d'un coefficient K déterminé en fonction de la durée moyenne de la phase active d'embrayage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la commande de l'embrayage tient compte d'une accélération de référence Go, fonction linéaire de la durée moyenne de l'embrayage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'accélération de référence Go est déterminée en fonction de la vitesse habituelle du déplacement de la pédale d'embrayage.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur de l'accélération de référence Go et/ou celle du coefficient de correction K peuvent être modifiées par le conducteur du véhicule.

L'invention a en outre pour objet un dispositif de commande d'embrayage qui peut être intégré facilement et de façon économique dans un véhicule utilitaire ou agricole classique.

Selon l'invention, le dispositif de commande pour la mise en oeuvre du procédé précité comporte un capteur de vitesse monté sur l'arbre de transmission du véhicule et relié à un calculateur qui détermine l'accélération théorique à partir du signal fourni par le capteur de vitesse, ledit calculateur étant relié à un filtre passe haut dont le seuil correspond à l'accélération de référence, un correcteur qui reçoit le signal issu du filtre pour fournir le signal de correction à un comparateur soustracteur et une horloge de synchronisation du filtre et du comparateur, ledit comparateur soustracteur recevant également le signal de consigne de l'embrayage donné par le conducteur, pour fournir un signal de commande de l'embrayage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique illustrant le fonctionnement du procédé de l'invention,
la figure 2 est un diagramme représentant l'accélération longitudinale du véhicule sans correction,
la figure 3 est un diagramme représentant l'accélération longitudinale du véhicule avec correction selon l'invention,
la figure 4 est un diagramme montrant l'influence de l'ampleur du coefficient de correction sur l'accélération longitudinale du véhicule,
les figures 5 et 6 représentent respectivement les différents types de durée d'embrayage et leur influence sur l'accélération longitudinale du véhicule.

Sur la figure 1, le véhicule utilitaire est schématisé par un moteur 1, une boîte de vitesse 2 avec un embrayage 3 à actionnement électro-hydraulique, et un bloc 4. Le bloc 4 englobe l'inertie du véhicule, la raideur tortionnelle du pneumatique qui transforme la rotation des roues en couple mécanique de sortie, et le train de réduction finale qui adapte la vitesse de rotation de l'arbre de transmission à la vitesse de rotation des roues arrière du véhicule. Le dispositif de commande d'embrayage 5 proposé par l'invention comporte un capteur de vitesse 6 situé en amont du train de réduction finale du véhicule, de préférence à l'entrée du boîtier de différentiel arrière. I1 agit sur l'actionneur hydraulique de l'embrayage 3 par l'intermédiaire de l'électrovanne 7, placée sous le contrôle d'un potentiomètre (non représenté) qui délivre un signal de consigne II en fonction de la position angulaire de la pédale d'embrayage (non représentée).

De façon classique, lorsque le conducteur effectue un change ment de vitesse, il actionne la pédale d'embrayage dont la position angulaire se traduit par courant de consigne II transformé en signal d'excitation Ie à l'électrovanne 7 qui fournit en conséquence une pression hydraulique Pa d'actionnement des disques d'embrayage immergés (non représentés) de l'embrayage 3 du véhicule. La fonction de transfert de l'électrovanne 7 peut être une loi proportionnelle entre la pression hydraulique d'actionnement Pa et la différence entre le signal d'excitation Ie et le signal Io nécessaire pour vaincre l'effort déployé par le mécanisme interne de l'embrayage, et réaliser l'affleurement des disques d'embrayage sur les contreplaques solidaires de l'arbre de sortie. Dès que les disques d'embrayage affleurent les contreplaques, la phase active de l'embrayage commence. La boîte de vitesse 2 commence alors à recevoir un couple mécanique développé par le moteur et transmis par l'embrayage 3 pour entraîner l'arbre de transmission 8 et les roues du véhicule. Lors d'une augmentation de la vitesse de l'arbre de sortie du moteur, l'accélération longitudinale correspondante du véhicule est toujours ressentie par le conducteur avec un certain retard (environ 0,05 seconde pour un tracteur à cabine suspendue).

Le capteur 6 fournit la vitesse de rotation instantanée o) de l'arbre de transmission 8 à un calculateur 9 qui calcule de façon instantanée une accélération longitudinale théorique Gt à partir de la vitesse o. L'accélération théorique calculée Gt est fournie à une horloge 10 qui se comporte comme un interrupteur périodique avec un d'échantillonnage de l'ordre de 10 millisecondes si l'on suppose que le calcul de l'accélération théorique Gt nécessite environ 5 millisecondes. L'accélération théorique calculée Gt issue de l'horloge 10 est ensuite introduite dans un filtre passe haut 11 dont le seuil inférieur Go est d'une valeur prédéterminée modifiable désignée comme une accélération de référence. Le signal AG correspond à la différence entre l'accélération théorique calculée Gt et l'accélération de référence Go. Lorsque cette différence a une valeur positive, le signal AG issu des filtres 11 est introduit dans un correcteur 12 qui est synchronisé avec le filtre 11 par l'horloge 10. Le correcteur 12 applique un coefficient de correction K au signal AG pour fournir un courant de correction Ic à un comparateur-soustracteur 13. Le signal de consigne II est introduit, selon l'in vention, directement au comparateur-soustracteur 13 qui tient compte également du signal de correction Ic. Le signal le issu du comparateur 13 est le signal résultant de la position de la pédale d'embrayage et de la correction Ic. Le signal Ie commande l'électrovanne 7 à effet proportionnel. Ce signal Ie est en effet proportionnel à la différence entre le signal de consigne II et le signal correcteur Ic.

La boucle d'asservissement formée par le capteur de vitesse 6 et le dispositif de commande 5 permet d'effectuer la correction du signal de consigne pour une durée brève, négligeable comparée au temps nécessaire pour que le véhicule atteigne l'accélération maximale générée par le signal de consigne, après avoir vaincu son inertie représentée par le bloc 4. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention sur un tracteur agricole à cabine suspendue, dont l'inertie intégrant les pneumatiques présente une fréquence propre de 2 Hz on peut avantageusement réaliser le dispositif de commande 5 avec une périodicité de calcul et de correction de l'ordre de 200 Hz. Dans ce cas, le temps nécessaire pour effectuer la correction du signal de commande correspond à un centième du temps nécessaire pour que le tracteur atteigne l'accélération maximale générée par le signal de consigne. Ceci signifie que lorsque le conducteur embraye brusquement, le signal de consigne II augmente brusquement pour entraîner un embrayage brusque. Le capteur de vitesse 6 fournit la vitesse de rotation instantanée de l'arbre de transmission 8 et fournit l'information au dispositif de commande 5 qui délivre un signal de correction Ic toutes les 5 millisecondes qui sert à faire évoluer le signal de commande de l'électrovanne 7 de l'embrayage 3. La durée de la phase active d'embrayage se trouve ainsi prolongée, et la variation brusque d'embrayage est ainsi diminuée.

Etant donné que le temps de réaction du tracteur sous charge pour atteindre une accélération maximale est de l'ordre de 0,05 seconde, la correction effectuée en 5 millisecondes permet donc au signal de commande de lisser les efforts de l'échantillonnage, et à l'embrayage d'engendrer une accélération longitudinale qui est fonction du courant d'excitation Ie et résultant de l'action du conducteur II et du dispositif de commande 5 Ic. Autrement dit, l'invention permet à l'utilisateur de bénéficier d'un embrayage progressif permettant de maintenir l'accélé ration longitudinale du véhicule en dessous d'une valeur de référence pendant la phase d'embrayage. Elle évite tout risque de bond en avant du véhicule au démarrage ou lors des changements de vitesse et de ce fait augmente considérablement le confort du conducteur et la sécurité des usagers.

Les figures 2 à 6 fournissent quelques diagrammes à titre d'exemples comparatifs entre la présente invention et l'état de la technique.

Sur la figure 2 sont représentés une courbe II représentant le signal de consigne sans correction dans le temps et trois courbes paramétrées de l'accélération longitudinale Gl du véhicule en fonction du temps. La phase d'embrayage comprend d'abord une phase inactive pendant laquelle le signal de consigne H n'atteint pas le courant minimum Io nécessaire pour obtenir l'effleurement des disques d'embrayage, et une phase active At (entre tO et tl sur la figure 2), pendant laquelle les disques d'embrayage travaillent effectivement pour la transmission du couple mécanique du moteur vers la boîte de vitesse. On comprend donc que le profil du signal de consigne H qui est également le signal d'excitation Ie de l'électrovanne 7 de pilotage de l'embrayage pendant la phase active d'embrayage a une importance primordiale sur l'accélération longitudinale du véhicule.

Toujours sur la figure 2, on voit que les courbes d'accélération longitudinale Gl varient fortement pendant la phase active d'embrayage. Cependant, plus le signal minimum Io nécessaire à l'effleurement des disques d'embrayage est grand, moins la montée de la courbe d'accélération longitudinale est raide, et par conséquent moins l'em- brayage est brutal.

Sur la figure 3 sont représentées des courbes corrigées du signal d'excitation Ie et de l'accélération longitudinale Gl, réalisées dans les mêmes conditions que celles pour la figure 2.

On s'aperçoit tout de suite que par rapport à la figure 2, le signal d'excitation Ie de l'électrovanne présente un profil particulier pendant la phase active d'embrayage. Au lieu d'être linéaire pendant cette phase, le signal d'excitation Ie présente d'abord une partie de courbe qui monte progressivement et suivie d'une partie de courbe qui monte brusquement. La correction du signal de consigne s'effectue essentiellement pendant la première partie de la phase active d'embrayage. Si on se réfère aux courbes paramétrées de l'accélération longitudinale Gl du véhicule, on s'aperçoit d'abord que l'amplitude de l'accélération pendant la phase active d'embrayage est beaucoup moins importante que celle montrée sur la figure 2 et que la montée de l'accélération longitudinale est beaucoup plus douce que celle de la figure 2.

Cela se traduit par une meilleure progressivité d'embrayage et une accélération longitudinale progressive qui est beaucoup plus confortable pour le conducteur.

Sur la figure 4 sont représentées les courbes du signal d'excitation Ie de l'électrovanne 7 et les courbes d'accélération longitudinale Gl du véhicule selon l'invention pour montrer l'influence du coefficient de correction K sur l'accélération longitudinale Gl. Plus la valeur du coefficient de correction K est petite, plus l'amplitude et la montée de l'accélération longitudinale Gl pendant la phase active d'embrayage sont importantes. Cela signifie que plus on augmente la valeur du coefficient de correction K, plus on adoucit l'embrayage.

La figure 5 montre les profils du signal d'excitation Ie de l'électrovanne de pilotage de l'embrayage sans correction. La durée de la phase active de l'embrayage varie selon le comportement du conducteur traduit par le paramètre a des courbes.

Sur la figure 6 sont représentées les courbes d'accélération longitudinale Gl du véhicule correspondantes aux différents types de comportements du conducteur illustrés sur la figure 5. On voit que plus la durée de la phase active d'embrayage est grande, moins l'amplitude et la montée de l'accélération longitudinale Gl sont importantes, et plus l'accélération longitudinale du véhicule est douce.

Grâce à l'invention, une correction instantanée Ic du signal de consigne de l'électrovanne d'embrayage est obtenue si l'accélération longitudinale théorique Gt calculée à partir de la vitesse détectée o dépasse une valeur limite Go de façon à améliorer la progression de l'embrayage, sans toutefois augmenter la durée de la phase active d'embrayage At, la correction étant effectuée de façon périodique avec une fréquence de préférence supérieure à 10 fois la fréquence propre du véhicule. L'invention prévoit de plus d'effectuer de façon périodique et synchronisée la comparaison entre l'accélération théorique Gt et l'accélération de référence Go d'une part, et la correction Ic du signal de consigne H d'autre part.

Par ailleurs, comme indiqué plus haut, l'efficacité de ces dispositions suppose que la correction du signal de consigne anticipe toujours l'accélération maximale du tracteur. A cet effet il est avantageux de prendre des mesures particulières, telles que d'effectuer systématiquement la correction dans un intervalle de temps inférieur au 1/10 éme du temps réellement mis pour le véhicule pour établir le niveau d'accélération maximale engendré par le signal de consigne II.

Par ailleurs, il est possible de rendre la valeur de l'accélération de référence Go et/ou le coefficient de correction K modifiables par le conducteur. Ainsi, le conducteur peut adapter la commande de l'embrayage de l'invention selon son comportement personnel de conduite (agressif ou paisible pour la phase d'embrayage). Pour ce faire, il est possible de choisir la valeur de l'accélération de référence Go et/ou du coefficient correcteur K en fonction de la durée moyenne de la phase active d'embrayage At du conducteur concerné. n est également possible de déterminer l'accélération de référence Go en fonction d'une valeur limite oo mode de la vitesse de rotation co de l'arbre de trans- mission 8, et/ou de la vitesse habituelle du déplacement de la pédale d'embrayage.

Grâce à l'invention, on obtient une commande d'embrayage dynamique qui laisse au constructeur et au conducteur beaucoup d'autonomie et d'initiatives, puisque ce dernier peut notamment définir luimême les critères de corrections appliqués.

L'invention prévoit notamment que la vitesse o) de l'arbre de transmission exploitée pour calculer l'accélération théorique Gt du véhicule n'est prise en compte que si elle est supérieure ou égale à un seuil de vitesse oo, de sorte que si co < oo, aucune correction n'est effectuée, et le signal de commande de l'embrayage est égal au signal de consigne H.

En dépit de la régulation d'accélération obtenue, le conducteur est totalement maître de la façon dont il conduit le véhicule. Cela représente un avantage non négligeable par rapport à une conception totalement automatisée de la commande d'embrayage, qui ne laisserait aucune initiative et autonomie au conducteur.

Cette autonomie est en effet nécessaire pour effectuer en toute sécurité des manoeuvres telles que l'approche d'un outil agricole par tracteur en vue de son attelage, et le maintien d'un véhicule utilitaire ou agricole en équilibre sur un terrain en pente.

L'invention offre ainsi une commande d'embrayage robuste, tout en donnant une totale autonomie au conducteur, pour contrôler l'embrayage lorsque co < oo, ou en cas de défaillance du présent système de commande.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande d'un embrayage à actionnement électro-hydraulique équipant un véhicule utilitaire tel qu'un tracteur agricole ou engin de travaux publics, caractérisé en ce qu'il consiste à

- détecter la vitesse de rotation (o) de l'arbre de transmission mécanique (8) du véhicule en un point situé en amont du train de réduction finale entre les essieux avant et arrière du véhicule,

- calculer à partir de ladite vitesse, l'accélération longitudinale théorique (Gt) du véhicule, et

- effectuer une correction instantanée (Ic) sur la valeur du signal de consigne (II) pour élaborer un signal de commande (Ie) qui permet de limiter l'accélération longitudinale du véhicule quand l'accélération calculée à partir de la vitesse détectée (o) dépasse une valeur d'accélération de référence (Go).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps séparant le calcul de l'accélération théorique (Gt) et la correction subséquente du signal de consigne (II) est déterminé de façon à permettre la correction de l'accélération du véhicule, dans un temps inférieur ou égal au 1/10 ème du temps réellement mis par celui-ci pour établir le niveau d'accélération maximal engendré par le signal de consigne.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la comparaison entre l'accélération théorique calculée (Gt) et l'accélération de référence (Go) d'une part, et la correction (Ic) du signal de consigne (11) d'autre part sont effectuées de façon périodique et synchronisée.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse détectée (co) n'est prise en compte que si elle est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé de vitesse (oxo), de sorte que si X < zou le signal de commande de l'embrayage est égal au signal de consigne (II).

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de correction (Ic) est fonction de la différen ce entre l'accélération théorique calculée (Gt) et l'accélération de référence (Go).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal de correction (Ic) est calculé à l'aide d'un coefficient (K) déterminé en fonction de la durée moyenne de la phase active d'embrayage propre à chaque conducteur du véhicule.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accélération de référence (Go) est déterminée en fonction de la durée moyenne de l'embrayage.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'accélération de référence (Go) est une fonction linéaire de la durée moyenne de l'embrayage.

9. Procédé selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que l'accélération de référence (Go) est déterminée en fonction de la vitesse habituelle du déplacement de la pédale d'embrayage.

10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la valeur d'accélération de référence (Go) et/ou la valeur du coefficient de correction (K) peuvent être modifiés par le conducteur du véhicule.

11. Dispositif de commande pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de vitesse (6) monté sur l'arbre de transmission (8) du véhicule et relié à un calculateur (9) qui détermine l'accélération théorique (Gt) à partir du signal (o) fourni par le capteur de vitesse (6), ledit calculateur (9) étant relié à un filtre passe haut (11) dont le seuil correspond à l'accélération de référence (Go), un correcteur (12) qui reçoit le signal (AG) issu du filtre (11) pour fournir le signal de correction (Ic) à un comparateur soustracteur (13) et une horloge de synchronisation (16) du filtre (11) et du comparateur (13), ledit comparateur soustracteur (13) recevant également le signal de consigne (II) de l'embrayage donné par le conducteur, pour fournir un signal de commande (Ie) de l'embrayage (3).