FR2995569A1

FR2995569A1 - Procede de controle pour un actionneur de commande de la transmission d'une machine electrique de traction

Info

Publication number: FR2995569A1
Application number: FR1258671A
Authority: FR
Inventors: Vicky Rouss; Franck Roy; Alicia Gabaud
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-21
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: FR2995569B1

Abstract

Procédé de contrôle pour un actionneur (14) de commande de la transmission (8) d'une machine électrique de traction (2) équipant un véhicule automobile électrique ou hybride, cet actionneur comprenant un moteur électrique qui déplace un crabot de couplage ou de découplage de la transmission, par un système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, ce crabot comportant un capteur de position, caractérisé en ce qu'après un assemblage complet de l'actionneur (14) et de son crabot, il commande un mouvement de l'actionneur en butée vers ses deux positions d'extrémité constituant les positions couplée et découplée de la transmission (8), afin de mémoriser dans une mémoire permanente les valeurs du capteur de position pour ces deux positions.

Description

PROCEDE DE CONTROLE POUR UN ACTIONNEUR DE COMMANDE DE LA TRANSMISSION D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION [0001] L'invention concerne un procédé de contrôle pour un actionneur de commande de la transmission d'une machine électrique de traction équipant un véhicule automobile électrique ou hybride, ainsi qu'un véhicule électrique ou hybride mettant en oeuvre un tel procédé. [0002] Les véhicules électriques ou hybrides peuvent comporter une machine électrique de traction, entraînant une transmission mécanique comprenant un réducteur relié à un différentiel qui répartit le mouvement vers les deux roues motrices d'un même essieu. [0003] Pour permettre de découpler la machine électrique des roues, un type de transmission connu, présenté notamment par le document FR-A1-2958884, comporte un actionneur électrique entraîné par un moteur électrique, qui actionne par un système vis-écrou un crabot venant relier la machine électrique de traction à un élément de la transmission. [0004] Ce type d'actionneur comporte un bon rendement. De plus, le système vis-écrou comprenant une cinématique irréversible, les positions de couplage et de découplage de la transmission sont alors stables, ce qui permet d'éviter de maintenir un courant dans le moteur électrique pour garder l'une de ces positions et de consommer en permanence une puissance électrique. [0005] Le découplage de la machine électrique des roues est important pour réaliser notamment un découplage dans les modes de roulage où cette machine n'est pas utilisée, afin de limiter la traînée pendant des périodes de roulage qui peuvent être longues, et de réduire la consommation d'énergie. [0006] Un tel type d'actionneur comporte de plus de manière connue, un capteur qui permet de connaître la position du système vis-écrou, afin de suivre le positionnement du crabot et de confirmer les positions couplée ou découplée de ce crabot. [0007] Toutefois, pour des actionneurs comportant de nombreux composants et produits en grande série, on peut avoir des dispersions de fabrication de l'ensemble assez importantes. On obtient alors des courses d'actionneur qui sont mal connues, la vitesse de couplage et de découplage ne peut pas être optimisée, le temps d'opération est plus long, l'usure des composants peut être plus importante, et l'assurance d'un bon fonctionnement n'est pas toujours garantie. [0008] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0009] Elle propose à cet effet un procédé de contrôle pour un actionneur de commande de la transmission d'une machine électrique de traction équipant un véhicule automobile électrique ou hybride, cet actionneur comprenant un moteur électrique qui déplace un crabot de couplage ou de découplage de la transmission, par un système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, ce crabot comportant un capteur de position, caractérisé en ce qu'après un assemblage complet de l'actionneur et de son crabot, il commande un mouvement de l'actionneur en butée vers ses deux positions d'extrémité constituant les positions couplée et découplée de la transmission, afin de mémoriser dans une mémoire permanente les valeurs du capteur de position pour ces deux positions. [0010] Un avantage du procédé de contrôle selon l'invention est que pour chaque actionneur produit, la mémoire permanente conserve les deux positions d'extrémité réelles particulières, en tenant compte de ses propres dispersions de fabrication, ce qui permet notamment pour chacun de ces actionneurs, de diminuer les temps d'actionnement en prévoyant des freinages minimums en fin de course, de réduire les usures en évitant des chocs en fin de course, d'améliorer la sécurité avec une meilleure connaissance de la position du crabot, et d'assurer la robustesse pour l'ensemble d'une production comportant des fortes dispersions. [0011] Le procédé de contrôle selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0012] Avantageusement, le procédé reçoit et traite une tension continûment variable délivrée par le capteur de position du crabot. [0013] Avantageusement, à partir des tensions de butée, le procédé recale durant la vie du véhicule la position normalisée de l'actionneur qui est fonction de la tension capteur relative à la position crabot, pour déterminer la course de cet actionneur. [0014] Avantageusement, le procédé réduit la vitesse d'accostage de l'actionneur sur ses deux positions d'extrémités, en fin de couplage ou de découplage du crabot. [0015] Avantageusement, le procédé réalise de manière périodique pendant la durée de vie du véhicule, de nouveaux apprentissages des positions des butées de fin de course. [0016] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d'un actionneur piloté par un calculateur, de commande d'une transmission d'une machine électrique de traction, cet actionneur comprenant un moteur électrique qui déplace un crabot de couplage ou de découplage de la transmission, par un système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, ce crabot comportant un capteur de position, le véhicule comportant des moyens permettant une mise en oeuvre d'un procédé de contrôle comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0017] Avantageusement, le système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, comporte une transformation de mouvement du type vis- écrou. [0018] En particulier, le véhicule peut comporter un moteur thermique entraînant les roues avant et une machine électrique entraînant les roues arrière. [0019] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'un groupe motopropulseur électrique, comprenant un actionneur qui fait l'objet du procédé de contrôle selon l'invention ; - la figure 2 est une vue éclatée de cet actionneur ; - la figure 3 est un schéma fonctionnel de l'ensemble du système de commande de ce groupe motopropulseur ; et - la figure 4 est un schéma fonctionnel du système de contrôle de l'actionneur de ce groupe motopropulseur. [0020] Les figures 1 et 2 présentent un groupe motopropulseur 1 pour un train arrière d'un véhicule hybride, comportant une machine électrique 2 entraînant directement un train planétaire 4 placé axialement en bout, qui est logé dans un carter 6 d'une transmission 8. Le train planétaire 4 entraîne à son tour un différentiel 70 situé sur un axe parallèle et décalé latéralement par rapport à la machine électrique 2, qui répartit le mouvement vers deux arbres de roue 10 disposés de chaque côté de ce différentiel. [0021] Un actionneur 14 situé dans l'axe de la machine électrique 2, et de l'autre côté de la transmission 8 par rapport à cette machine électrique, appelé par la suite par convention côté arrière, permet d'engager ou de dégager un crabot 74 assurant la liaison entre le train planétaire 4 et le différentiel 70. [0022] La sortie du train planétaire comporte un arbre 72 lié en rotation par des cannelures avec le crabot 74, qui peut être engagé par un mouvement vers l'avant sur des créneaux 78 d'un arbre de sortie comprenant un pignon de sortie 76 entraînant le différentiel 70. Un moteur électrique 80 placé à l'arrière de l'actionneur 14, entraîne en rotation une vis axiale 82 pour réaliser un coulissement axial d'un écrou 84 engagé sur cette vis et bloqué en rotation, qui est lié au crabot 74 par un roulement à billes 86. [0023] Dans le cas où les dents du crabot 74 viennent en appui sur les créneaux 78 du pignon de sortie 76, en s'alignant exactement dessus et en empêchant un crabotage, un ressort de compression axiale 90 placé entre l'écrou 84 et le crabot 74, permet de continuer le déplacement de cet écrou sans arrêter le moteur électrique 80. De cette manière après un petit décalage angulaire du crabot 74 par rapport au pignon de sortie 76, la détente de ce ressort 90 permet un engagement final du crabot qui est très rapide. [0024] Un capteur de position non représenté, permettant de connaître la position axiale du crabot 74, envoie une indication à un calculateur qui commande l'actionneur 14, suivant des ordres donnés par un système de contrôle de l'ensemble du groupe motopropulseur. Avantageusement, le capteur de position du crabot 74 délivre une tension continûment variable, qui dépend de sa position. [0025] On notera que le système de transformation vis-écrou est irréversible.

Le moteur électrique 80 n'étant pas alimenté en courant, une poussée axiale sur l'écrou 84 n'entraîne pas de rotation de la vis 82. La position couplée ou découplée de l'actionneur 14 peut ainsi être maintenue en l'absence d'un courant électrique et d'une consommation de puissance. [0026] On notera aussi que l'accouplement d'une machine électrique 2 aux roues motrices d'un véhicule électrique ou hybride, peut se faire avec un système de crabot 74, 78 simple, compact et économique, ne comportant pas de dispositif de synchronisation des vitesses. On peut notamment avant d'accoupler la machine électrique 2, ajuster sa vitesse de rotation par sa commande électrique, afin de réaliser une synchronisation permettant un crabotage en douceur. [0027] En particulier le véhicule peut être du type hybride avec un moteur thermique entraînant les roues avant, ce qui permet d'utiliser des plates-formes de véhicules conventionnels équipés de cette motorisation. [0028] La figure 3 présente le système de contrôle du groupe motopropulseur électrique 16, qui envoie des informations à une fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur, comprenant notamment la tension de la batterie d'alimentation de l'actionneur 29, et une demande de couplage ou de découplage 27 qui est la traduction d'une demande du conducteur souhaitant modifier le mode de fonctionnement du véhicule. [0029] Pour obtenir un couplage de la machine électrique 2, le conducteur peut demander en particulier un roulage en mode électrique, ou en mode à quatre roues motrices dans le cas d'une machine électrique entraînant le train arrière, qui vient en complément du moteur thermique entraînant le train. [0030] En retour, la fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur envoie au système de contrôle du groupe motopropulseur 16, une information booléenne sur l'état couplé ou découplé 26 de cet actionneur, qui permet de confirmer l'état de cet actionneur. [0031] Le système de contrôle 16 du groupe motopropulseur 1 envoie de plus à la fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur, une demande d'apprentissage 28 qui est réalisée systématiquement à la fin de l'assemblage de cet actionneur comprenant son système de crabotage 74, par exemple à la première mise en route de l'actionneur, et ponctuellement lors d'opérations de maintenance ou de réparation effectuées par des services après-vente. [0032] La fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur reçoit des informations sur la vitesse du véhicule 21 venant d'un capteur de vitesse du véhicule 17, et sur la tension du capteur de position du crabot 22 venant de ce capteur de position 18. [0033] La fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur peut envoyer à un gestionnaire de diagnostic 19 des indications de défauts sur son fonctionnement 24, comprenant par exemple les écarts dans une boucle de fonctionnement, les dérives d'apprentissage, ou des incohérences entre la position demandée et la position réalisée. En retour, le gestionnaire de diagnostic 19 envoie une autorisation d'activation 23, qui dépend du traitement des défauts qu'il a pu recevoir. [0034] La fonction de contrôle et commande 15 de l'actionneur s'assure que toutes les conditions d'activation sont réunies, notamment en ce qui concerne la vitesse du véhicule 21, l'état 26 de cet actionneur, l'autorisation d'activation 23 venant du gestionnaire de diagnostic 19, ainsi que la tension batterie 29 qui ne doit pas être critique, pour après traitement de toutes les données envoyer une commande normalisée limitée 25 à un circuit électronique de puissance 20, qui pilote directement le moteur électrique 80 de l'actionneur. [0035] La figure 4 présente un schéma fonctionnel du système de commande de l'actionneur 14, comportant un premier bloc 33 de gestion de la position de cet actionneur, un deuxième bloc 30 de gestion des conditions d'activation de cet actionneur, et un troisième bloc 36 de gestion de la fonction de couplage et de découplage de cet actionneur [0036] Le premier bloc 33 comporte une fonction d'apprentissage des butées 35, qui reçoit une requête 28 formulée systématiquement après le montage complet de l'actionneur 14 et de son système de crabotage 74, 78, ou formulée occasionnellement par un opérateur réalisant des opérations de maintenance ou de réparation, afin de réaliser un apprentissage des butées de fin de course du mouvement dans les positions crabotée et décrabotée. En particulier, la requête formulée après le montage complet de l'actionneur 14, peut venir d'un banc d'essai qui teste le groupe motopropulseur complet assemblé, avant de l'envoyer à un atelier qui réalise le montage sur le véhicule. [0037] Après un déplacement du crabot 74 d'une butée d'extrémité à l'autre, la fonction d'apprentissage 35 des butées sauvegarde l'information sur la tension 41 de butées donnée par le capteur de position du crabot 18, pour chacune de ces mises en butée, dans une mémoire permanente non volatile. On obtient ainsi une connaissance de la position réelle des butées, pour l'actionneur 14 de cette transmission particulière, qui s'affranchit des dispersions de fabrication et d'assemblage dans le cas d'une production en grande série. [0038] La fonction d'apprentissage 35 des butées envoie aussi cette information de tension de butées 41, à une fonction de calcul de la position normalisée 34 de l'actionneur, qui reçoit par ailleurs de manière permanente la tension du capteur de position du crabot 22. [0039] La fonction de calcul de la position normalisée 34 de l'actionneur traduit la tension du capteur de position du crabot 22, en position normalisée de cet actionneur 42, en tenant compte des positions réelles de butées apprises par les tensions de butées 41. La position normalisée de l'actionneur 42 est transmise à une fonction de détection de l'état de l'actionneur 32 qui fait partie du deuxième bloc de gestion des conditions d'activation de l'actionneur 30. La fonction de détection de l'état de l'actionneur 32 en déduit l'état de l'actionneur, et envoie l'information booléenne de cet état 26 à une fonction établissant les conditions d'activation 31 de l'actionneur. [0040] D'une manière générale, les tensions de butée 41 sont utilisées durant la vie du véhicule pour recaler la position normalisée de l'actionneur 42 qui est fonction de la tension capteur 18 relative à la position crabot 74, et pour déterminer la course de cet actionneur. [0041] La fonction établissant les conditions d'activation 31 de l'actionneur reçoit la demande de couplage et de découplage 27, ainsi que des informations permettant de vérifier que les conditions de sécurité sont réunies pour assurer le couplage ou le découplage de la machine électrique en toute sécurité. Ces informations comportent notamment la vitesse du véhicule 21 qui doit être dans une certaine plage, l'autorisation d'activation 23 venant du gestionnaire de diagnostic 19, et la tension de la batterie 29 qui doit être non critique. [0042] En particulier, une vitesse de 130km/h peut constituer un seuil maximum de vitesse du véhicule 21 pour réaliser un couplage de la machine électrique. [0043] La fonction établissant les conditions d'activation 31 de l'actionneur commande alors un changement d'état donné sous la forme d'une information booléenne d'activation ou de désactivation 43, envoyée à une première sous-fonction de génération de la consigne de position 37 de l'actionneur, faisant partie du troisième bloc de gestion de la fonction de couplage et de découplage 36 de cet actionneur. Cette première sous-fonction de génération de la consigne de position 37 de l'actionneur, reçoit aussi l'information booléenne de l'état de l'actionneur 26 pour établir une consigne de position normalisée 44. [0044] La consigne de position normalisée 44 spécifie les paramètres de réalisation du couplage ou du découplage, concernant notamment le temps de réponse et la vitesse d'actionnement. [0045] Avantageusement, la consigne de position normalisée 44 comporte au départ du mouvement une vitesse importante, afin d'obtenir un temps de réponse très court de l'actionneur, et un peu avant l'arrivée du crabot 74 sur sa butée d'extrémité, réduit cette consigne de vitesse afin d'aborder cette butée avec une faible vitesse pour éviter les chocs. La connaissance précise de la position de la butée d'extrémité, obtenue grâce au procédé de contrôle selon l'invention, permet d'optimiser cette trajectoire, et de réduire les temps d'actionnement en toute sécurité. [0046] Une deuxième sous-fonction d'asservissement de position 38 reçoit la consigne de position normalisée 44, ainsi que la position normalisée 42 de l'actionneur, et utilise un régulateur du type proportionnel / intégrale / dérivée « P ID » pour traiter ces informations, afin d'établir une commande normalisée 45 qui est envoyée à une troisième sous-fonction de limitation et de correction de la commande 39. [0047] La sous-fonction de limitation et de correction de la commande 39, permet de protéger l'actionneur des courants trop élevés qui entraîneraient une élévation de température trop importante du moteur 80, en limitant graduellement la commande normalisée 45 en fonction d'une éventuelle fluctuation de la tension de la batterie 29, pour établir la commande normalisée limitée 25 qui est délivrée au circuit électronique de puissance pilotant le moteur électrique 80 de l'actionneur. [0048] Dans le cas d'un fonctionnement normal, la commande normalisée limitée 25 est égale à la commande normalisée 45. Par contre, en cas de surchauffe du moteur électrique 80, la commande normalisée 45 est rapidement ramenée à la commande nominale qui donne une tension corrigée acceptable par le moteur 80 pour éviter une surchauffe. En cas de baisse de la tension batterie, la commande normalisée limitée 25 est corrigée en conséquence. [0049] Le mouvement de l'actionneur 14 étant terminé, l'information de l'état 26 de l'actionneur est conforme avec la demande de couplage et de découplage 27, alors l'information d'activation ou de désactivation 43 désactive le troisième bloc de gestion de la fonction de couplage et de découplage 36, afin d'optimiser le fonctionnement du calculateur de contrôle de l'actionneur, et de réduire sa consommation en énergie électrique. Le système vis-écrou de l'actionneur 14 étant irréversible, la nouvelle position obtenue reste stable, ce qui permet de limiter la surveillance en continu de cette position. [0050] Par ailleurs, une fonction de diagnostic 40 reçoit l'information de vitesse du véhicule 21, le booléen indiquant l'état couplé ou découplé 26, les tensions butées spécifiques 41, la position normalisée de l'actionneur 42, ainsi que la consigne de position normalisée 44, afin d'établir l'indicateur de défauts 24 envoyé au gestionnaire de diagnostic 19. La fonction diagnostic 40 permet d'informer le gestionnaire de diagnostic 19 des dysfonctionnements de l'actionneur piloté 14 comprenant sa loi de contrôle et de commande, par cet indicateur de défauts 24. [0051] On peut diagnostiquer notamment des dérives des butées mécaniques lors des apprentissages, un écart excessif entre la consigne et la position des butées, calculé à partir de la position normalisée 42 et de la consigne de position normalisée 44, ou une incohérence entre la position demandée 27 et l'état réel de l'actionneur 26. [0052] L'apprentissage des butées permet en particulier de protéger les pièces mécaniques contre les chocs, ce qui assure la fiabilité de la mécanique, de s'affranchir des dispersions de fabrication de ces pièces mécaniques en permettant un gain en précision de contrôle, et d'éviter les écarts de boucle d'asservissement vus par le régulateur, ce qui permet un gain en robustesse du contrôle. [0053] Ce procédé de contrôle des butées peut s'appliquer pour tous types d'actionneurs comprenant un entraînement irréversible, donnant des positions stables pour le crabot 74. L'apprentissage des positions des butées de fin de course peut en particulier être réalisé de manière périodique pendant la durée de vie du véhicule, afin de prendre en compte des usures des composants qui pourraient modifier légèrement les positions de ces butées.15

Claims

REVENDICATIONS: 1 - Procédé de contrôle pour un actionneur (14) de commande de la transmission (8) d'une machine électrique de traction (2) équipant un véhicule automobile électrique ou hybride, cet actionneur comprenant un moteur électrique (80) qui déplace un crabot (74) de couplage ou de découplage de la transmission, par un système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, ce crabot comportant un capteur de position, caractérisé en ce qu'après un assemblage complet de l'actionneur (14) et de son crabot (74), il commande un mouvement de l'actionneur en butée vers ses deux positions d'extrémité constituant les positions couplée et découplée de la transmission (8), afin de mémoriser dans une mémoire permanente les valeurs du capteur de position pour ces deux positions.
2 - Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il reçoit et traite une tension continûment variable délivrée par le capteur de position du crabot (74).
3 - Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en qu'à partir des tensions de butée (41), il recale durant la vie du véhicule la position normalisée (42) de l'actionneur (12) qui est fonction de la tension capteur (18) relative à la position crabot (74), pour déterminer la course de cet actionneur (14).
4 - Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il réduit la vitesse d'accostage de l'actionneur (14) sur ses deux positions d'extrémités, en fin de couplage ou de découplage du crabot (74).
5 - Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il réalise de manière périodique pendant la durée de vie du véhicule, de nouveaux apprentissages des positions des butées de fin de course.
6 - Véhicule automobile électrique ou hybride équipé d'un actionneur (14) piloté par un calculateur, de commande d'une transmission (8) d'une machine électrique de traction (2), cet actionneur comprenant un moteur électrique (80) quidéplace un crabot (74) de couplage ou de découplage de la transmission, par un système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, ce crabot comportant un capteur de position, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant une mise en oeuvre d'un procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7 - Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'entraînement comprenant une cinématique irréversible, comporte une transformation de mouvement du type vis-écrou (82, 84).
8 - Véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur thermique entraînant les roues avant, et une machine électrique (2) entraînant les roues arrière.