FR2882699A1 - Procede de decollage d'un vehicule en pente montante et ou lourdement charge - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne essentiellement un procédé de démarrage d'un véhicule en pente montante ou à forte charge. Ce procédé met en oeuvre un dispositif (1.1) de transmission de puissance comportant une chaîne de traction. Cette chaîne de traction est formée notamment d'un moteur thermique (2), d'un embrayage (3), d'une machine électrique (4), et de roues (6). Conformément à l'invention, alors que le véhicule est à l'arrêt ou roule à faible vitesse dans une pente, le moteur thermique (2) est à l'arrêt, et à l'accélération du véhicule, le moteur thermique (2) est démarré à l'aide d'un système de démarrage (7) indépendant mécaniquement de la machine électrique (4).

Description

Procédé de décollage d'un véhicule en pente montante et ou lourdement
chargé La présente invention concerne un procédé de décollage en pente montante ou à forte charge d'un véhicule. L'invention a pour but d'optimiser une accélération du véhicule lors de son décollage dans une pente ou à forte charge, tout en assurant notamment une continuité du couple appliqué aux roues. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles, matis elle pourrait aussi être mise en oeuvre dans tout type de véhicule terrestre à motorisation hybride.
Dans le présent texte, le terme "démarrage" est utilisé pour désigner la mise en rotation du vilebrequin du moteur thermique. Le terme de "décollage" est utilisé pour désigner la mise en mouvement du véhicule, lorsqu'il passe d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle. Le terme "décollage" est aussi utilisé lorsque le véhicule roule à faible vitesse et qu'on lui donne une force importante autre que celle liée à son inertie. Autrement dit, on fait décoller le véhicule lorsqu'on le fait impulser, autrement que par sa seule inertie. Le terme "actionnement" est utilisé pour la machine électrique, lorsqu'elle est mise sous tension.
On connaît des véhicules dits hybrides qui combinent l'utilisation d'une énergie thermique et d'une énergie électrique pour réaliser leur traction. Cette combinaison des énergies est réalisée de manière à optimiser le rendement énergétique de tels véhicules. Cette optimisation du rendement énergétique permet au véhicule hybride de polluer et consommer largement moins que les véhicules qui fonctionnent uniquement à l'énergie thermique et dont le rendement n'est pas optimisé. Plusieurs types de dispositifs de transmission de puissance pour véhicule hybride sont connus.
On connaît d'abord des dispositifs de transmission de type hybride comportant un moteur thermique et une paire de machines électriques. L'arbre des roues, l'arbre de moteur et les arbres des deux machines électriques sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un ensemble mécanique. Cet ensemble mécanique est constitué généralement d'au moins deux trains épicycloïdaux. Un tel dispositif de transmission est décrit dans la demande française FR-A-2832357.
On connaît aussi des dispositifs de transmission de type hybride comportant un moteur thermique et une seule machine électrique. Un arbre de ce moteur thermique et un arbre de cette machine électrique sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un embrayage. Un tel dispositif est susceptible de fonctionner dans deux modes différents. Dans un premier mode appelé mode électrique, seule la machine électrique assure la traction du véhicule. Dans un second mode appelé mode hybride, la machine électrique et le moteur thermique assurent ensemble la traction du véhicule.
Dans le mode hybride, la puissance fournie par la machine électrique permet d'ajuster le couple appliqué sur l'arbre de roues, tout en adaptant le couple et le régime du moteur thermique à un point de fonctionnement où sa consommation énergétique est optimisée.
A cet effet, chaque organe du dispositif de transmission: moteur thermique, embrayage, machine électrique et boîte de vitesses, est piloté par un dispositif de contrôle rapproché qui est lui-même commandé par un calculateur spécifique appelé calculateur de supervision. Ce calculateur peut être indépendant ou intégré dans un autre calculateur, tel que le calculateur du moteur. Ce calculateur de supervision exécute des programmes pour synchroniser notamment entre elles des actions des différents organes du dispositif de transmission. Cette synchronisation est réalisée de manière à répondre au mieux à une volonté d'accélération d'un conducteur.
Plus précisément, en fonction de l'accélération souhaitée par l'utilisateur et de conditions de roulage du véhicule, le calculateur de supervision, pilote les différents organes du dispositif, décide du mode de fonctionnement, coordonne les phases transitoires des différents organes, et choisit des points de fonctionnement du moteur et de la machine électrique. Par conditions de roulage, on entend des paramètres du véhicule ainsi que des paramètres extérieurs susceptibles d'influencer la conduite du véhicule. La vitesse et l'accélération du véhicule sont par exemple des paramètres du véhicule, tandis que le taux d'humidité d'une route ou la température extérieure constituent des paramètres extérieurs.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif 1 de transmission selon l'état de la technique. Ce dispositif 1 de transmission comporte un moteur thermique 2, un embrayage 3, une machine électrique 4, un élément 5 variateur de vitesse tel qu'une boite 5 de vitesses ou un variateur, et des roues 6 qui forment une chaîne de traction.
Plus précisément, l'embrayage 3 comporte un premier disque 8 et un deuxième disque 9 d'embrayage. Le premier disque 8 d'embrayage est relié à un arbre 10 du moteur thermique 2. Et le deuxième disque 9 d'embrayage est relié à un arbre 11 de la machine électrique 4. En outre, l'arbre 11 de la machine électrique 4 et un arbre 12 des roues 6 sont reliés respectivement à une entrée 13 et à une sortie 14 de l'élément 5 variateur.
Comme on l'a vu, le dispositif 1 de transmission est susceptible de fonctionner dans deux modes différents. Dans le mode électrique, l'arbre 12 des roues 6 est entraîné par la machine électrique 4 seulement. L'embrayage 3 est alors ouvert, de manière à ce que l'arbre 10 du moteur thermique 2 et l'arbre 11 de la machine électrique 4 ne soient pas accouplés entre eux. Dans ce mode électrique, la machine électrique 4 se comporte généralement en moteur. Ainsi, dans une réalisation particulière, la machine 4 prélève de l'énergie à un système 18 de stockage, tel qu'une batterie, par l'intermédiaire notamment d'un onduleur 19. La batterie 18 délivre un signal de tension continue. Dans le mode électrique, l'onduleur 19 transforme donc le signal de tension continue observable entre les bornes 20 et 21 de la batterie, en signaux de tension alternatifs qui sont appliqués sur des phases 22-24 de la machine électrique 4.
Dans le mode hybride, l'arbre 12 des roues 6 est entraîné par le moteur thermique 2 et la machine électrique 4. L'embrayage 3 est alors fermé, de manière à ce que l'arbre 10 du moteur thermique 2 et l'arbre 12 des roues 6 soient accouplés entre eux. La machine électrique 4 se comporte en moteur ou en générateur et transmet une puissance à l'arbre 12 des roues 6 afin d'ajuster le couple observable sur l'arbre 12 des roues 6 au couple de consigne. De la même manière que celle expliquée précédemment, la machine électrique 4 transfère de l'énergie avec la batterie 18.
Dans le mode hybride et le mode électrique, pendant des phases de récupération qui correspondent à un ralentissement du véhicule, la machine électrique 4 se comporte en générateur. Pendant ces phases de récupération, la machine électrique 4 fournit de l'énergie à la batterie 18. L'onduleur 19 transforme alors les signaux de tension alternatifs observables sur les phases 22-24 de la machine électrique 4 en un signal de tension continu qui est appliqué aux bornes 20 et 21 de la batterie 18.
Dans la pratique, la machine électrique 4 est une machine synchrone triphasée. Les machines de ce type présentent l'intérêt d'être compactes et de posséder un bon rendement.
Dans une réalisation particulière, le dispositif 1 de transmission comporte un volant 25 d'inertie.
Par ailleurs, le dispositif 1 de transmission selon l'état de la technique comporte un calculateur 26 de supervision. Ce calculateur 26 de supervision comporte un microprocesseur 26.1, une mémoire programme 26.2, une mémoire de données 26.3, et une interface 26.4 d'entrées-sorties qui sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un bus 31 de communication.
La mémoire de données 26.3 comporte des données D1-DN correspondant notamment aux caractéristiques des différents organes du dispositif 1 de transmission, à savoir le moteur thermique 2, l'embrayage 3, la machine électrique 4 et l'élément 5 variateur. Certaines des données D1-DN correspondent par exemple aux temps de réponse de ces organes 2-5. D'autres données D1-DN correspondent par exemple à des couples maximums et à des couples minimums applicables sur des arbres associés à ces organes 2-5.
L'interface 26.4 d'entrées-sorties reçoit des signaux M1-MN observables en sortie de capteurs (non représentés). Ces capteurs permettent de détecter les conditions de roulage du véhicule. Par exemple, des capteurs d'accélération et de vitesse permettent de connaître respectivement l'accélération et la vitesse du véhicule à un instant donné. Un capteur d'humidité peut permettre de détecter si le véhicule roule sur une route mouillée ou pas. En outre, l'interface 26.4 reçoit un signal MACC correspondant à un couple à la roue souhaité par un conducteur. En effet, lorsqu'il souhaite accélérer, le conducteur appuie à l'aide de son pied 30 sur une pédale 29. En fonction du degré d'enfoncement de cette pédale 29, le signal MACC est engendré.
En fonction des données DI-DN, des conditions de roulage, et de l'accélération souhaitée par le conducteur, le microprocesseur 26.1 exécute un des programmes P1-PN qui engendre la mise en fonctionnement du dispositif 1 de transmission dans un mode particulier, et l'ajustement du couple observable sur l'arbre 12 des roues 6. Plus précisément, lors de l'exécution d'un des programmes P1-PN, le microprocesseur 26.1 commande l'interface 26.4, de manière à ce que des signaux OMTH, OEMB, OMEL et OBV soient émis respectivement à destination du moteur thermique 2, de l'embrayage 2, de la machine électrique 4 et de l'élément 5 variateur de vitesses pour les commander. Dans le cas d'un changement de mode de fonctionnement, certains des programmes P1-PN engendrent des émissions de signaux OMTH, OEMB, OMEL, et OBV assurant la transition d'un mode à un autre.
En outre, les organes 2-5 du dispositif 1 de transmission comportent chacun un système de contrôle interne qui n'est pas représenté. Ces systèmes de contrôle permettent de réguler la valeur des couples observables sur des arbres associés à ces organes 2-5.
Dans un exemple, pour une demande d'accélération faible de la part du conducteur, le calculateur 26 de supervision commande les différents organes 2-5, de manière à faire fonctionner le dispositif 1 de transmission dans le mode électrique. Le couple appliqué sur l'arbre 12 des roues 6 est alors égal globalement au couple observable sur l'arbre 11 de la machine électrique 4, à un rapport de démultiplication près. En revanche, pour une demande d'accélération forte, le calculateur 26 de supervision commande les différents organes 2-5, de manière à faire fonctionner le dispositif 1 de transmission dans le mode hybride. Le couple appliqué sur l'arbre 12 des roues 6 est alors égal au couple observable sur l'arbre 11 de la machine 4, lequel est alors égal à la somme du couple observable sur l'arbre 10 du moteur thermique 2 et de celui de la machine 4.
Dans un autre exemple, une accélération est demandée alors que le véhicule se trouve à l'arrêt dans une pente montante. La figure 2 montre les conditions pour lesquelles on considère qu'un décollage d'un véhicule 27 s'effectue dans une pente montante. Plus précisément, dans la figure 2, le véhicule 27 se trouve sur une route 28 qui forme un angle a avec un plan horizontal 29. La route 28 est en pente si le véhicule 27 qui s'y trouve a tendance à se déplacer alors qu'il avait été laissé à l'arrêt et que son frein à main n'avait pas été serré.
Dans la suite du document, on considère que le véhicule 27 effectue des décollages sur la route 28, en montant dans le sens de la pente suivant 35 la flèche 30. En variante, on considère que les demandes d'accélération sont faites alors que le véhicule 27 roule à petite vitesse sur la route 28, par exemple à une vitesse inférieure à 15km/h. Par ailleurs, le décollage d'un véhicule chargé sur une route horizontale peut aussi s'apparenter à un décollage dans une pente montante. En effet, il existe une corrélation entre la masse du véhicule et l'angle a. Dans cette corrélation, plus la masse du véhicule est lourde, plus l'angle a est important.
Dans tous les cas de figures énoncés plus haut, il faut veiller à ce que l'accélération du véhicule 27 soit toujours dosable, et à ce que ce véhicule 27 atteigne le plus rapidement possible l'accélération demandée par le conducteur. Pour que l'accélération soit toujours dosable, la course de la pédale 29 d'accélérateur doit toujours avoir un effet sur la dynamique longitudinale du véhicule 27. Ainsi, l'enfoncement de la pédale 29 d'un angle donné doit toujours engendrer globalement la même accélération, quelles que soient les conditions de roulage du véhicule 27 et son mode de fonctionnement. Par ailleurs, le temps nécessaire au dispositif 1 de transmission pour qu'il atteigne l'accélération demandée doit être acceptable, quelles que soient les conditions de roulage du véhicule 27 et son mode de fonctionnement. Pour que ce temps soit acceptable, le temps de mise à disposition du couple du moteur thermique 2 doit être court et le couple de la machine électrique 4 doit être maintenu au meilleur niveau possible. En effet, la machine électrique 4 ne peut généralement pas assurer à elle seule une demande d'accélération de la part du conducteur. II est donc nécessaire de pouvoir disposer le plus rapidement possible du couple du moteur thermique 2 pour augmenter l'accélération du véhicule 27.
La figure 3 montre des chronogrammes de signaux observables sur les différents organes 2-5 du dispositif 1 de transmission selon l'état de la technique. Ces signaux sont observables lorsqu'une demande d'accélération est faite dans le sens montant d'une pente, alors que le véhicule 27 se trouve à l'arrêt ou roule à petite vitesse.
Plus précisément, la figure 3 montre les signaux de couple CEMB, CMEL et CMTH qui correspondent respectivement au couple observable sur l'embrayage 3, sur l'arbre 11 de la machine électrique 4, et sur l'arbre 10 du moteur thermique 2.
La figure 3 montre également l'évolution dans le temps de signaux de 35 couple CCONS et CREEL correspondant respectivement au couple de consigne à appliquer sur l'arbre 12 des roues 6 et au couple effectivement observable sur cet arbre 12. Le signal de couple CCONS de consigne est élaboré à partir du signal MACC et des signaux M1-MN issus des capteurs.
Les signaux OEMB et OMEL sont émis par le calculateur 26 de supervision à destination de l'embrayage 3 et de la machine électrique 4 pour les commander. Pour plus de simplicité, les signaux OMTH et OBV qui commandent respectivement le moteur thermique 2 et l'élément 5 variateur ne sont pas représentés.
Enfin, la figure 3 montre sur un même chronogramme l'évolution dans le temps de la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4, et de la vitesse de rotation WMTH du moteur thermique 2.
A l'instant t0, le véhicule est à l'arrêt. La machine électrique 4 et le moteur thermique 2 possèdent donc une vitesse de rotation nulle. A l'instant t0, le conducteur effectue, à l'aide de son pied, une demande d'accélération et fait décoller le véhicule alors qu'il se trouve en pente.
Entre les instants t0 et t1, le dispositif 1 de transmission entre dans une première phase d'accélération. Dans cette première phase, le couple CCONS de consigne augmente de manière exponentielle, en correspondance notamment avec la demande d'accélération du conducteur.
Ce couple CCONS de consigne augmente, si bien qu'à l'instant t1, il a déjà atteint une valeur VI qui est supérieure à la valeur du couple crête CMELMAX de la machine électrique 4. Par ailleurs, entre les instants t0 et t1, le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 augmente de manière linéaire pour se stabiliser au couple nominal CMELNOM de cette machine 4.
La vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4 augmente linéairement, mais, avant t1, elle n'est pas suffisante pour faire démarrer le moteur thermique 2. Le moteur thermique 2 est donc à l'arrêt et son arbre 10 n'est pas accouplé avec l'arbre 11 de la machine électrique 4. Le moteur thermique 2 possède donc un couple CMTH et une vitesse WMTH de rotation nuls. Comme le moteur thermique 2 est arrêté, le couple CREEL mesuré sur l'arbre 12 des roues 6 est égal au couple CMEL de la machine électrique 4. Le couple CREEL mesuré sur l'arbre 12 est donc bien inférieur au couple de consigne CCONS attendu. Aucun couple n'est observable sur l'embrayage 3.
Entre les instants t1 et t2, le dispositif 1 de transmission entre dans une deuxième phase d'accélération. Dans cette deuxième phase, comme dans la première, seule la machine électrique 4 assure la traction du véhicule. Cette deuxième phase a pour objet de faire démarrer le moteur thermique 2. Plus précisément, dans cette deuxième phase, le couple CCONS de consigne possède toujours la valeur VI supérieure à CMELMAX. A l'instant t1, la machine électrique 4 possède une vitesse de rotation WMEL suffisante pour participer au démarrage du moteur thermique 2. Un premier signal 31 est alors émis par le calculateur 26 de supervision à destination de l'embrayage 3. Ce signal 31 commande cet embrayage 3, de manière à ce que cet embrayage 3 transmette un couple d'arrachement CARR au moteur thermique 2 pour le faire entrer en rotation. Ce couple d'arrachement CARR est prélevé à la chaîne de traction. De ce fait, un deuxième signal 32 est émis par le calculateur 26, en même temps que le signal 31, et à destination de la machine électrique 4. Ce signal 32 commande la machine électrique 4, de manière à ce que son couple CMEL compense le couple d'arrachement CARR prélevé par l'embrayage 3. Ainsi, dans cette deuxième phase d'accélération, le signal de couple CEMB d'embrayage décroît et atteint une valeur négative égale à la valeur du couple d'arrachement CARR. Pendant ce temps, le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 augmente d'une valeur -CARR opposée à la valeur du couple d'arrachement CARR. Un signal de couple CMTH du moteur thermique 2 correspondant au couple de démarrage de ce moteur thermique 2 est alors observable. Le moteur thermique 2 possède alors une vitesse de rotation WMTH qui augmente, mais qui reste inférieure à la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4. Le moteur thermique 2 ne transmet donc toujours pas de couple à l'arbre 6 des roues 12. Le couple CREEL mesuré sur l'arbre 12 est donc toujours inférieur au couple de consigne CCONS attendu sur cet arbre 12. Cette deuxième phase d'accélération a pour but de faire passer au moteur thermique 2 ses premières compressions. Après avoir passé ses premières compressions, le moteur thermique 2 fonctionne à un régime WMTH suffisant pour être autonome.
Entre les instants t2 et t3, le dispositif 1 de transmission entre dans une troisième phase d'accélération. Dans cette troisième phase, le moteur thermique 2 monte en régime, de manière à ce que les disques d'embrayage 8 et 9 puissent ensuite se mettre en glissement l'un par rapport à l'autre. Plus précisément, dans cette troisième phase, le signal de couple CCONS de consigne possède toujours la valeur VI. Le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 diminue pour passer d'une valeur CNOM-CARR à la valeur de couple CMELNOM nominal de la machine électrique 4. Et le signal de couple CEMB de l'embrayage 3 redevient nul. La phase de transmission du couple d'arrachement CARR se termine ainsi entre t2 et t3. Comme l'arbre 10 du moteur thermique 2 n'est toujours pas accouplé avec l'arbre Il de la machine électrique 4, le couple CREEL est toujours égal au couple CMEL de la machine électrique 4. Le couple CREEL demeure donc très inférieur au couple de consigne CCONS. La vitesse de rotation WMEL de l'arbre 11 de la machine électrique 4 augmente de manière linéaire. Et la vitesse de rotation WMTH de l'arbre 10 du moteur thermique 2 augmente pour être à l'instant t3 supérieure à la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4. Cette vitesse de rotation WMEL correspond à la vitesse de rotation de l'arbre des roues à un rapport de démultiplication près.
Entre les instants t3 et t4, le dispositif 1 de transmission entre dans une quatrième phase d'accélération. Dans cette quatrième phase, il se produit dans un premier temps un accostage du moteur thermique 2 puis une fermeture de l'embrayage 3. Plus précisément, d'abord, à l'instant t3, dès que la vitesse de rotation du moteur thermique 2 devient supérieure à la vitesse de rotation de la machine électrique 4, un signal 33 est émis par le calculateur 26 de supervision à destination de l'embrayage 3. Ce signal 33 commande la mise en glissement des disques 8 et 9 d'embrayage l'un par rapport à l'autre. Le moteur thermique 2 transmet alors une partie de son couple CMTH à l'arbre 12 des roues 6 par l'intermédiaire de l'embrayage 3. Le signal de couple CEMB observable sur l'embrayage 3 augmente alors de manière calibrée, tandis que le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 diminue. Le signal de couple CREEL augmente donc lui aussi. Par ailleurs, lors de l'accostage du moteur thermique 2, la vitesse de rotation WMTH du moteur thermique 2 converge vers celle de la machine électrique 4. Lorsque ces deux vitesses sont égales, un signal 34 est émis à destination de l'embrayage 3 par le calculateur 26 de supervision. Ce signal 34 commande la fermeture de cet embrayage 3. Les vitesses de rotation du moteur WMTH et de la machine WMEL deviennent alors identiques. Le signal de couple CREEL atteint la valeur du couple CCONS de consigne qui est toujours égale à V1, globalement au moment où l'embrayage 3 se ferme.
Entre les instants t4 et t5, le dispositif 1 de transmission entre dans une cinquième phase d'accélération. Dans cette cinquième phase, les organes moteur 2 et 4 du dispositif 1 convergent vers leur signal de consigne de couple optimal, s'ils ne l'ont pas déjà atteinte.
Sur le chronogramme où est représenté le signal de couple CREEL mesuré sur l'arbre 12, le signal de couple CCONS de consigne a aussi été représenté en pointillés. La partie hachurée 35 représente une zone dite de non-dosabilité pour laquelle un conducteur ne pourra pas obtenir l'accélération souhaitée. Autrement dit, dans la zone 35 de nondosabilité, il existe un manque d'accélération et le conducteur ne peut pas contrôler le couple appliqué sur l'arbre 12 des roues 6. La zone 35 dépend du couple maximal auquel la machine électrique 4 peut être utilisée et du temps T1 de mise à disposition du moteur thermique 2.
Ici, la zone 35 est particulièrement large car il existe une grande différence entre le couple CCONS de consigne et le couple CREEL observable sur l'arbre 12 des roues 6. En effet, entre les instants t0 et t4, la machine électrique 4 ne peut pas fonctionner à son couple crête CMELMAX. Car la machine électrique 4 doit posséder une garde de couple permettant de compenser le couple d'arrachement CARR prélevé par l'embrayage 3, quel que soit son régime. Autrement dit, la machine électrique 4 doit toujours fonctionner au maximum à son couple nominal CMELNOM (ou même certaines fois à un couple encore inférieur), de manière à pouvoir fonctionner à tout moment à un couple supérieur lui permettant de compenser le couple d'arrachement CARR.
En outre, la zone 35 de non-dosabilité est ici particulièrement longue car la durée T1 de mise à disposition du moteur thermique 2 est longue. Cette durée T1 est longue car la machine électrique 4 doit posséder un régime WMEL suffisant pour participer au démarrage du moteur thermique 2.
En effet, il est impossible de démarrer le moteur thermique 2 lorsque la machine électrique 4 est à l'arrêt ou lorsqu'un rapport est engagé.
Etant donné que la zone 35 de dosabilité est très importante, il est difficile de mettre en oeuvre un tel procédé, tout en garantissant la sécurité du conducteur. En effet, avec un tel procédé, le véhicule possède un temps de réponse très long, de l'ordre de la seconde, par rapport à l'instant où a été faite la demande d'accélération du conducteur. C'est la raison pour laquelle, en général, lorsque le véhicule se trouve dans une pente, le moteur thermique 2 n'est pas arrêté. A cet effet, le dispositif 1 de transmission de puissance comporte des capteurs, tels qu'un accéléromètre et / ou un inclinomètre lui permettant de détecter si le véhicule se trouve dans une pente ou pas. En outre, le véhicule peut comporter des capteurs de charge pour mesurer le poids du véhicule et détecter s'il se trouve en surcharge ou pas. Le véhicule hybride connu perd donc de son intérêt dès qu'il roule dans une pente ou à forte charge, puisque dans ce cas de figure, le moteur thermique 2 qui consomme beaucoup d'énergie n'est jamais arrêté.
Par ailleurs, dans un tel procédé de décollage, la gestion du pilotage de l'embrayage 3 et de la machine électrique 4 présente de grosses difficultés de mise en oeuvre. Ces difficultés sont dues essentiellement à la grande sensibilité des organes 2-5. En effet, d'une température à une autre, ces organes 2-5 ne possèdent pas les mêmes temps de réponse. Par ailleurs, d'une température à une autre, des couples observables sur des arbres associés à ces organes 2-5 varient.
II est donc difficile de faire coïncider parfaitement dans le temps le prélèvement du couple CARR d'arrachement sur l'embrayage 3 et l'application du couple CNOM-CARR de compensation par la machine électrique 4. Or cette synchronisation dans les prélèvements des couples est nécessaire pour garantir l'absence de rupture de couple lors du démarrage du moteur thermique 2. II est aussi difficile d'appliquer un couple de compensation exactement égal au couple prélevé par l'embrayage 3. En effet, il est difficile d'estimer le couple à appliquer sur l'embrayage 3 lors de la transmission du couple d'arrachement CARR.
L'invention se propose donc de réduire la zone de non-dosabilité lors d'un décollage critique du véhicule dans une pente montante ou à forte charge, en résolvant notamment le problème de temps de mise à disposition du moteur thermique.
A cette fin, dans l'invention, l'architecture connue du dispositif de transmission est complétée par un système de démarrage qui est indépendant de la machine électrique. Dans l'invention, ce n'est donc plus l'embrayage mais le système de démarrage qui transmet le couple d'arrachement au moteur thermique afin de le faire démarrer. Ainsi, ce système de démarrage permet de dissocier les problèmes de démarrage du moteur avec ceux de la chaîne de traction du véhicule.
Conformément à l'invention, pour faire décoller un véhicule dans une pente montante ou pour produire une accélération importante alors qu'il fonctionne à faible vitesse, on démarre le moteur thermique à l'aide du système de démarrage dès la demande d'accélération. Ainsi, dès la demande de d'accélération, le couple disponible sur l'arbre des roues est égal à la somme du couple observable sur l'arbre du moteur thermique et du couple observable sur l'arbre de la machine. Bien que le véhicule se trouve en pente, une accélération du véhicule peut donc être produite très rapidement. Avec l'invention, la longueur de la zone de non- dosabilité est donc réduite de manière notable.
Ce système de démarrage permet aussi une meilleure exploitation des caractéristiques de l'embrayage et de la 'machine électrique. Ainsi, iln'est plus nécessaire que la machine électrique possède une garde de couple pour compenser le couple d'arrachement prélevé par l'embrayage. Lors d'un décollage en pente, la machine électrique peut donc fonctionner à son couple maximal pour assurer la traction du véhicule, pendant tout le temps où le moteur thermique n'est pas disponible. Ainsi, en général, on fait fonctionner la machine électrique à son couple crête, tant que l'embrayage demeure ouvert. Le fait que la machine électrique puisse fonctionner à son couple crête permet de réduire la largeur de la zone de non-dosabilité de manière notable.
En conséquence, avec l'invention, il n'est plus nécessaire d'utiliser des capteurs pour détecter l'inclinaison de la route. Et il n'est plus nécessaire de garder le moteur allumé lorsque le véhicule se trouve en pente ou qu'il est surchargé.
En outre, l'introduction du système de démarrage entraîne une simplification du pilotage de l'embrayage et de la machine électrique lors du décollage. La nouvelle architecture permet ainsi d'éviter la synchronisation entre les actions de l'embrayage et de la machine électrique. En effet, dans cette nouvelle architecture, le problème d'estimation du couple appliqué par la machine électrique pour compenser le couple d'arrachement a disparu, puisque l'embrayage ne participe plus directement au démarrage du moteur.
L'invention concerne donc un procédé de décollage d'un véhicule en pente montante et / ou lourdement chargé, caractérisé en ce que: - le véhicule étant à l'arrêt ou à faible vitesse et le moteur thermique étant à l'arrêt, - on met en oeuvre un dispositif de transmission de puissance 5 comportant une machine électrique, - cette machine électrique étant reliée d'une part à un moteur thermique du véhicule par un embrayage et d'autre part à un arbre de roues du véhicule, - on commence par actionner la machine électrique, et - on démarre le moteur thermique en lui transmettant un couple d'arrachement, à l'aide d'un système de démarrage indépendant mécaniquement de la machine électrique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures sont données à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Ces figures montrent: - Figure 1 (déjà décrite) : une représentation schématique d'un dispositif de transmission de puissance selon l'état de la technique; Figure 2 (déjà décrite) : une représentation schématique d'un véhicule dans une pente montante; - Figure 3 (déjà décrite) : des chronogrammes représentant l'évolution dans le temps de signaux observables sur des organes d'un dispositif de transmission de l'état de la technique, lors d'un décollage en pente montante; - Figure 4: une représentation schématique d'un dispositif de transmission de puissance selon l'invention comportant un système de démarrage; - Figure 5: des chronogrammes représentant l'évolution dans le temps de signaux observables sur des organes d'un dispositif de transmission selon l'invention, lors d'un décollage en pente montante.
La figure 4 montre une représentation schématique d'un dispositif 1.1 de transmission selon l'invention. Comme le dispositif 1 de transmission selon l'état de la technique, ce dispositif 1.1 de transmission comporte un moteur thermique 2, un embrayage 3, une machine électrique 4, un élément 5 variateur de vitesses et des roues 6. Les quatre organes 2-5 et les roues 6 du véhicule forment une chaîne de traction, et sont agencés de la même manière que dans le dispositif 1 de transmission selon l'état de technique. En outre, conformément à l'invention, le dispositif 1.1 de transmission comporte un système de démarrage 7 relié au moteur thermique 2.
Ce système de démarrage 7 est relié au moteur thermique 2 et l'entraîne en rotation afin de le faire démarrer. Le système de démarrage 7 est indépendant mécaniquement de la machine électrique 4. En effet, le système de démarrage 7 démarre le moteur thermique 2 sans prélever de puissance à cette chaîne de traction. En conséquence, le démarrage du moteur thermique 2 n'a plus d'impact sur la continuité du couple appliqué sur l'arbre 12 des roues 6.
Dans une réalisation particulière, le moteur thermique 2 comporte une première poulie 15 qui est accrochée à une extrémité de son arbre 10. Et le système de démarrage 7 comporte une deuxième poulie 16 qui est accrochée à une extrémité de son arbre 31. Une courroie 17 passe par les gorges de ces deux poulies 15 et 16, de manière à relier le système de démarrage 7 au moteur thermique 2.
Dans l'invention, la machine électrique 4 est toujours reliée à un dispositif 18 de stockage, tel qu'une batterie. En variante, le système 18 de stockage est une machine à inertie ou un supercondensateur.
Dans une réalisation particulière, le dispositif 1 de transmission peut aussi comporter le volant 25 d'inertie. Ce volant 25 d'inertie est relié à l'arbre du moteur thermique 2, entre ce moteur thermique 2 et l'embrayage 3.
Par ailleurs, le dispositif 1.1 de transmission selon l'invention comporte aussi le calculateur 26 de supervision. Lors de l'exécution d'un des programmes P1-PN, le microprocesseur 26.1 commande l'interface 26.4, de manière à ce que, outre les signaux OMTH, OEMB, OMEL, OBV, un signal ODEM soit émis à destination du système de démarrage 7 pour le commander. Les signaux OMTH et OMEL commandent respectivement le moteur thermique 2 et la machine électrique 4, de manière à ce que ce moteur thermique 2 fonctionne toujours à son point de fonctionnement optimal où, pour une puissance donnée, sa consommation est minimum. Dans le cas d'un changement de mode de fonctionnement, certains des programmes P1-PN engendrent des émissions de signaux OMTH, OEMB, OMEL, OBV et ODEM permettant la transition d'un mode à un autre.
Le système de démarrage 7 comporte aussi un système de contrôle interne qui n'est pas représenté. Ce système de contrôle permet de réguler la valeur du couple d'arrachement que ce système de démarrage 7 applique à l'arbre 10 du moteur thermique 2.
L'embrayage 3 est un embrayage sec ou humide.
La figure 5 montre des chronogrammes des signaux observables sur les différents organes 2-5 du dispositif 1.1 de transmission selon l'invention. Comme pour la figure 2, ces signaux sont observables lors d'un décollage en pente montante du véhicule.
Pour plus de simplicité, seuls les signaux OEMB et ODEM qui jouent un rôle prépondérant lors de ce décollage en pente ont été représentés.
A l'instant t0', comme précédemment, le véhicule est à l'arrêt dans une pente montante et une demande d'accélération est effectuée par un conducteur. La machine électrique 4 et le moteur thermique 2 possèdent donc chacun une vitesse de rotation nulle. En variante, le véhicule roule à très faible allure et la machine électrique 4 possède une vitesse de rotation WMEL faible.
Entre les instants t0' et t1', le dispositif 1.1 de transmission entre dans une première phase d'accélération. Dans cette première phase, seule la machine électrique 4 assure la traction du véhicule. Plus précisément, dans cette première phase, le signal de couple CCONS de consigne augmente de manière exponentielle, si bien qu'à l'instant t1', il est globalement égal au couple crête CMELMAX de la machine électrique 4. Par ailleurs, on actionne la machine électrique 4 de manière que le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 suive l'allure de ce signal de couple CCONS. En effet, contrairement à la machine électrique 4 du dispositif 1, la machine électrique 4 est autorisée à fonctionner à son couple crête CMELMAX, lorsque le moteur thermique 2 n'est pas disponible. Le fait que la machine 4 puisse fonctionner à son couple crête CMELMAX permet au couple CREEL d'être égal au couple de consigne CCONS demandé. Le moteur thermique 2 est à l'arrêt et son arbre 10 n'est pas accouplé avec l'arbre 11 de la machine électrique 4. Le moteur thermique 2 possède donc un couple CMTH nul. En outre, la vitesse de rotation WMTH du moteur thermique 2 est nulle, tandis que la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4 augmente de manière linéaire.
Entre les instants t1' et t2', le dispositif 1.1 de transmission entre dans 35 une deuxième phase d'accélération. Cette deuxième phase a pour objet de faire démarrer le moteur thermique 2. A cet effet, à l'instant t1', à l'issue de l'exécution d'un des programmes P1-PN par le calculateur 26, un signal 40 est émis à destination du système de démarrage 7. Ce signal 40 est émis moins de 300ms après la demande d'accélération du conducteur. Ce signal 40 commande le système de démarrage 7 qui fournit un couple d'arrachement au moteur thermique 2, et l'entraîne en rotation. Un signal de couple CMTH correspondant au couple de démarrage de ce moteur thermique 2 est alors observable. L'arbre 10 du moteur thermique 2 n'est toujours pas accouplé avec l'arbre 11 de la machine électrique 4, cette dernière assurant encore seule la traction du véhicule. Par ailleurs, le couple CCONS de consigne augmente toujours de manière exponentielle, si bien qu'à l'instant t2', il a déjà atteint une valeur VI supérieure à la valeur du couple crête CMELMAX de la machine électrique 4. Le couple CMEL de la machine électrique 4 se maintient quant à lui à la valeur du couple crête CMELMAX de cette machine 4. Ainsi, le couple CREEL mesuré sur l'arbre 12 des roues 6 est légèrement inférieur au couple CCONS de consigne. Le moteur thermique 2 possède alors une vitesse WMTH de rotation qui est inférieure à celle de la machine électrique 4. Le moteur thermique 2 passe ses premières compressions, 4 ou 5 dans un exemple, de manière à atteindre un régime suffisant pour être autonome. Dès que le moteur thermique 2 est autonome, le calculateur 26 émet un signal à destination du système de démarrage 7 de manière à couper ce système de démarrage 7, c'est à dire l'arrêter.
Entre les instants t2' et t3', le dispositif 1.1 de transmission entre dans une troisième phase d'accélération. Dans cette troisième phase, le moteur thermique 2 monte en régime. Plus précisément, dans cette troisième phase, la machine électrique 4 fonctionne toujours à son couple crête CMELMAX, tandis que le signal de couple CCONS de consigne possède toujours la valeur VI. Comme l'arbre 11 de la machine 4 et l'arbre 10 du moteur thermique 2 ne sont pas accouplés, le signal de couple CREEL est identique au signal de couple CMEL. La vitesse de rotation WMTH de ce moteur thermique 2 augmente pour être à l'instant t3' supérieure à la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4. La vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4 augmente toujours de manière linéaire. Aucun couple CEMB n'est observable sur l'embrayage 3. Cette troisième phase a pour objet de faire monter en régime le moteur thermique 2 pour permettre, comme on va le voir ci-après, une mise en glissement des disques 8 et 9 d'embrayage l'un par rapport à l'autre.
Entre les instants t3' et t4', le dispositif 1.1 de transmission entre dans une quatrième phase d'accélération. Dans cette quatrième phase, il se produit dans un premier temps un accostage du moteur thermique 2, puis, dans un deuxième temps, une fermeture de l'embrayage 3. Plus précisément, d'abord, à l'instant t3', un signal 41 est émis à destination de l'embrayage 3. Ce signal 41, comme avant le signal 33, commande la mise en glissement des disques 8 et 9 d'embrayage l'un par rapport à l'autre. Le moteur thermique 2 transmet alors une partie de son couple CMTH à l'arbre 12 des roues 6 par l'intermédiaire de l'embrayage 3. Comme l'embrayage 3 transmet un couple à la chaîne de traction, le signal de couple CEMB augmente de manière calibrée. Le signal de couple CMEL de la machine électrique 4 diminue alors si le couple CCONS de consigne peut être atteint. De manière générale, lorsque l'embrayage 3 est fermé, on fait fonctionner la machine électrique 4 à un couple inférieur à son couple crête CMELMAX dès qu'un couple de consigne CCONS peut être respecté, afin de ne pas consommer inutilement de l'énergie de la batterie. Dans le cas où le couple CCONS ne peut pas être atteint, la machine électrique 4 fonctionne toujours à son couple CMELMAX après la fermeture de l'embrayage 3. Par ailleurs, lors de l'accostage du moteur thermique 2, la vitesse de rotation WMTH du moteur thermique 2 converge vers celle WMEL de la machine électrique 4. Lorsque ces deux vitesses sont sensiblement égales, un signal 42 est émis à destination de l'embrayage 3 pour commander sa fermeture. Dans la pratique, le signal 42 est émis lorsque la différence entre la vitesse de rotation WMTH du moteur thermique 2 et la vitesse de rotation WMEL de la machine électrique 4 est inférieure en valeur absolue à une valeur comprise entre 0 et 15% de la vitesse de rotation WMEL de la machine 4. Les vitesses de rotation du moteur thermique WMTH et de la machine électrique WMEL deviennent alors identiques.
Entre les instants t4' et t5', le dispositif 1.1 de transmission entre dans une cinquième phase d'accélération. Dans cette cinquième phase, le signal de couple CCONS de consigne augmente de manière calibrable. Dans l'exemple représenté CCONS augmente à la manière d'un échelon. Comme précédemment, dans cette cinquième phase, les organes moteur 2 et 4 du dispositif 1.1 convergent vers leur consigne de couple optimal, s'ils ne l'ont pas déjà atteinte. Plus précisément, le couple CMTH du moteur thermique 2 évolue de telle façon qu'une mesure de ce couple atteigne un premier signal de consigne de couple. Le couple CMEL de la machine électrique (4) évolue, de telle façon qu'une mesure de ce couple atteigne un deuxième signal de consigne de couple. Ces deux signaux de consigne de couple sont optimaux au regard d'une consommation du moteur thermique 2.
Par ailleurs, le signal de couple CEMB d'embrayage augmente pour 10 dépasser le signal CMTH de couple du moteur 2. Le signal de couple CREEL suit ainsi l'évolution du signal de couple CCONS de consigne.
Ainsi, lors du démarrage du moteur thermique 2, l'embrayage 3 est ouvert et demeure ouvert pendant une durée prédéterminée qui s'étend entre t0' et t3'. Cette durée peut être fonction du couple de consigne CCONS demandé par le conducteur et / ou du temps que met le moteur thermique 2 pour devenir autonome. En variante, l'embrayage 3 est déjà fermé lors du démarrage du moteur thermique 2. Dans cette variante, le système de démarrage 7 et la machine électrique 4 participent ensemble à la transmission du couple d'arrachement CARR au moteur thermique 2. Dans un exemple, le système 7 de démarrage est relié au moteur thermique 2 par l'intermédiaire d'un premier ensemble réducteur qui possède un rapport inférieur à celui d'un deuxième ensemble réducteur par l'intermédiaire duquel la machine électrique 4 et le moteur thermique 2 sont reliés, de manière que le couple appliqué à l'arbre 10 du moteur thermique 2 par le système de démarrage 7 soit supérieur au couple appliqué à cet arbre 10 par la machine électrique.
En variante, le démarrage du moteur thermique 2 est commandé dès l'instant t0. Dans cette variante, le signal 40 est émis dès l'instant t0'.
Comme pour la figure 2, le signal de couple CCONS de consigne a aussi été représenté sur le chronogramme du signal de couple CREEL. La zone hachurée 43 représente la zone de non-dosabilité du couple appliqué sur l'arbre 12 des roues 6 pour le dispositif 1.1 selon l'invention. Cette zone 43 possède une aire beaucoup plus petite que celle de la zone 35.
En effet, la zone 43 est beaucoup plus étroite dans le sens des ordonnés que la zone 35 car, dans l'invention, la machine électrique 4 est autorisée à fonctionner à son couple crête CMELMAX, tant le moteur thermique 2 n'est pas disponible. En effet, la machine électrique 4 n'a pas ici à compenser le couple d'arrachement du moteur thermique 2, puisque ce couple d'arrachement est appliqué par le système de démarrage 7 qui est indépendant de la machine électrique 4. En conséquence, pendant toute la durée du décollage en pente montante du véhicule, le signal de couple CREEL est très proche du signal de couple CCONS de consigne demandé par un conducteur.
En outre, la zone 45 est beaucoup plus courte dans le sens des abscisses que la zone 35 car, dans I"invention, le couple du moteur thermique 2 peut très rapidement être mis à disposition. Ainsi, le temps T2 de mise à disposition du moteur thermique 2 avec le dispositif 1.1 est beaucoup plus court que le temps T1 de mise à disposition du moteur thermique 2 avec le dispositif 1. Car avec l'invention, il n'est plus nécessaire d'attendre que la machine électrique 4 ait atteint un régime particulier avant de faire démarrer le moteur thermique 2.
En outre, dans l'invention, lors de la transmission du couple d'arrachement par le système de démarrage 7, les actions appliquées sur l'embrayage 3 par le moteur thermique 2 et la machine électrique 4 le sont indépendamment l'une de l'autre. Une action par la machine électrique 4 est celle de faire décoller le véhicule. Une action par le moteur thermique 2 est une action par le système de démarrage 7 qui est celle de démarrer le moteur thermique 2. De ce fait, l'invention peut aussi être mise en oeuvre avec des dispositif de transmission 1.1 comportant des embrayages 3 qui ne sont pas mécaniques.
Avec le procédé selon l'invention, le décollage est plus robuste qu'avec un procédé selon l'état de la technique. En effet, le système de démarrage 7 peut démarrer le moteur thermique 2 avec un couple constant, quelles que soient les conditions de roulage du véhicule.
En conséquence, grâce à l'invention, le véhicule peut répondre à des demandes d'accélération critiques en côte ou à forte charge alors que le moteur thermique 2 est arrêté, tout en assurant la sécurité du conducteur.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1 - Procédé de décollage d'un véhicule en pente montante et / ou lourdement chargé, caractérisé en ce que: - le véhicule étant à l'arrêt ou à faible vitesse et le moteur thermique étant à l'arrêt, - on met en oeuvre un dispositif (1.1) de transmission de puissance comportant une machine (4) électrique, - cette machine électrique étant reliée d'une part à un moteur 10 thermique (2) du véhicule par un embrayage (3) et d'autre part à un arbre (12) de roues (6) du véhicule, - on commence par actionner la machine électrique (4), et - on démarre le moteur thermique (2) en lui transmettant un couple d'arrachement (CARR), à l'aide d'un systèrne de démarrage (7) indépendant mécaniquement de la machine électrique (4).
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: -lors du démarrage du moteur thermique (2), l'embrayage (3) est ouvert et demeure ouvert pendant une durée déterminée.
3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que: - on fait fonctionner la machine électrique (4) à son couple crête (CMELMAX), tant que l'embrayage (3) demeure ouvert.
4 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que: après avoir actionné la machine électrique (4) et après avoir démarré le moteur thermique (2), - on augmente la vitesse de rotation (WMTH) d'un arbre du moteur thermique (2) jusqu'à ce que cette vitesse de rotation soit supérieure à une vitesse de rotation (WMEL) d'un arbre de la machine électrique (4) qui correspond à la vitesse de l'arbre de roue.
5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que: après avoir actionné la machine électrique (4) et après avoir démarré le moteur thermique (2), - on fait entrer en glissement des disques (8, 9) de l'embrayage l'un par rapport à l'autre, un des disques (8) de cet embrayage (3) étant relié à un arbre (10) du moteur thermique (2), un autre disque (9) de cet embrayage (3) étant relié à un arbre (11) de la machine électrique (4).
6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - on fait converger la vitesse de rotation (WMTH) d'un arbre du moteur 5 thermique (2) vers la vitesse de rotation (WMEL) d'un arbre de la machine électrique (4), et - on ferme l'embrayage (3) lorsque cette vitesse de rotation (WMTH) d'un arbre du moteur thermique (2) est sensiblement égale à la vitesse de rotation (WMEL) de l'arbre de la machine électrique (4).
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que: pendant une accélération du véhicule subséquente à ce décollage - lorsque l'embrayage (3) est fermé, on fait fonctionner la machine électrique (4) à un couple inférieur à son couple crête (CMELMAX) dès qu'un couple de consigne (CCONS) peut être respecté.
8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que: on ferme l'embrayage (3), et - on fait évoluer un couple du moteur thermique (2) de telle façon 20 qu'une mesure de ce couple atteigne un premier signal de consigne de couple, - on fait évoluer un couple de la machine (4) électrique de telle façon qu'une mesure de ce couple atteigne un deuxième signal de consigne de couple, - ces signaux de consigne de couple étant optimaux au regard d'une consommation du moteur.
9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que: une fois que le moteur thermique (2) est démarré, - on attend qu'il passe ses premières compressions pour être autonome, puis on coupe le système de démarrage (7).
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