FR3001936A1

FR3001936A1 - Procede et dispositif de controle du rapport engage dans une boite de vitesses robotisee d'un vehicule hybride, en fonction d'un rapport cible

Info

Publication number: FR3001936A1
Application number: FR1351126A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Bardet; Suarez Violette Freire
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-08-15
Anticipated expiration: 2033-02-11
Also published as: FR3001936B1

Abstract

Un dispositif (D) est destiné à contrôler le rapport qui est engagé dans une boîte de vitesses robotisée (BV) d'un véhicule hybride (V) comprenant un moteur thermique (MT) propre à être couplé à cette boîte de vitesses robotisée (BV) et un moteur électrique (ME). Ce dispositif (D) est agencé, en cas de passage d'un mode hybride avec un rapport engagé en cours à un mode électrique, pour déterminer un rapport cible qui devrait être engagé en cas de retour dans le mode hybride, et pour déclencher le placement de la boîte de vitesses robotisée (BV) dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque le rapport cible déterminé devient différent du rapport engagé en cours.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DU RAPPORT ENGAGÉ DANS UNE BOÎTE DE VITESSES ROBOTISÉE D'UN VÉHICULE HYBRIDE, EN FONCTION D'UN RAPPORT CIBLE L'invention concerne les véhicules qui sont dits hybrides parallèles, et plus précisément le contrôle du rapport qui est engagé dans les boîtes de vitesses robotisées de tels véhicules hybrides. On entend ici par « véhicule hybride parallèle » un véhicule la comportant une chaîne de transmission comprenant, d'une part, un moteur thermique, propre à être couplé à une boîte de vitesses robotisée, en vue d'entraîner un train de transmission, et, d'autre part, au moins un moteur (ou machine) électrique associé à des moyens de stockage d'énergie et propre à entraîner soit un autre train de transmission, soit le même train que le moteur 15 thermique si sa liaison avec ce train est située en aval de la boîte de vitesses. Par ailleurs, on entend ici par « boîte de vitesses robotisée » une boîte de vitesses dont le fonctionnement est contrôlé par un calculateur ou un superviseur. Il pourra donc s'agir, notamment, d'une boîte de vitesses automatique, d'une boîte de vitesses manuelle pilotée, d'une boîte de vitesses 20 à double embrayage (ou DCT), d'une boîte de vitesses à variation continue (ou CVT), ou d'une boîte à trains épicycloïdaux. Comme le sait l'homme de l'art, une architecture de transmission de type hybride parallèle permet à un véhicule de disposer au moins d'un mode d'utilisation (ou de roulage) dit (tout) électrique dans lequel seul le moteur 25 électrique fournit de la puissance motrice à partir de l'énergie stockée dans les moyens de stockage d'énergie, et d'un mode d'utilisation (ou de roulage) dit hybride dans lequel le moteur thermique fournit de la puissance motrice éventuellement complétée par de la puissance motrice fournie par le moteur électrique. 30 En raison de la raréfaction des combustibles fossiles (et notamment du pétrole), et de la pollution occasionnée par les rejets des moteurs thermiques des véhicules automobiles, la plupart des constructeurs automobiles essayent de réduire la consommation de carburant des moteurs thermiques de leurs véhicules automobiles hybrides. Pour ce faire, chaque organe est piloté par un dispositif de contrôle qui est lui-même commandé par un calculateur ou superviseur chargé de prendre des décisions et de synchroniser de façon optimale des actions en fonction de la volonté du conducteur, des situations de vie et de l'état du véhicule. Par exemple, le superviseur décide du mode de roulage, coordonne toutes les phases transitoires et choisit les points de fonctionnement afin d'optimiser la consommation de carburant, la dépollution et l'agrément offert par le véhicule.

Par exemple, si le conducteur enfonce faiblement la pédale d'accélérateur (et donc requiert une faible accélération ou une vitesse faible), le superviseur va choisir de n'utiliser que l'énergie électrique (mode électrique), alors que si le conducteur enfonce fortement la pédale d'accélérateur (et donc requiert une forte accélération ou une forte vitesse), le superviseur va choisir d'utiliser simultanément l'énergie thermique et l'énergie électrique (mode hybride). Pour passer du mode électrique au mode hybride, ou inversement, il est nécessaire d'ouvrir et de fermer la partie de la chaine de transmission associée au train qui est couplé à la boîte de vitesses (robotisée), au moyen de l'embrayage et/ou de la boîte de vitesses. Ensuite, lorsque le véhicule est dans un mode électrique on peut soit laisser la boîte de vitesses avec le rapport qui était engagé lorsque le véhicule était dans le mode hybride, soit placer la boîte de vitesses dans une position dite neutre, qui définit un point mort (dans lequel l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses n'est plus lié à l'arbre de sortie de cette dernière). La première alternative (rapport engagé) est particulièrement intéressante lorsqu'au moment où le véhicule repasse dans le mode hybride, le rapport engagé est identique au rapport qui est le mieux adapté à la phase de vie en cours. Dans le cas contraire, on est contraint de changer de rapport, ce qui ralentit le processus et peut nuire à l'agrément. En outre, lorsqu'un rapport est engagé, la boîte de vitesses induit des pertes qui accroissent la consommation d'énergie du véhicule. De plus, lorsque l'engagement est durable cela peut s'avérer dangereux (notamment lorsqu'il s'agit d'un rapport « court » comme le premier ou le deuxième) car, en cas de fermeture intempestive de l'embrayage, le moteur thermique étant coupé, cela pourrait entrainer une décélération intempestive du véhicule du fait que le couple transmis par l'embrayage deviendrait fortement négatif. La seconde alternative (neutre), qui est notamment décrite dans le document brevet US 2009/0124450, permet de limiter les pertes induites par la boîte de vitesses dans le mode électrique et d'accroître la sureté de fonctionnement dans ce mode électrique. Cependant, elle nécessite d'actionner systématiquement la boîte de vitesses non seulement lorsque l'on passe dans le mode électrique, mais également lorsque l'on passe dans le mode hybride, ce qui ralentit le processus, sollicite plus fréquemment les organes et peut nuire à l'agrément (notamment en raison du bruit et/ou du soubresaut induit par le prélèvement de couple aux roues pour synchroniser l'arbre primaire et permettre de craboter). L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Plus précisément, l'invention propose notamment un procédé, destiné à contrôler le rapport qui est engagé dans une boîte de vitesses robotisée d'un véhicule hybride comprenant un moteur thermique propre à être couplé à ladite boîte de vitesses robotisée et un moteur électrique, et consistant, en cas de passage d'un mode hybride avec un rapport engagé en cours à un mode électrique, à déterminer un rapport cible qui devrait être engagé en cas de retour dans le mode hybride, et à placer la boîte de vitesses robotisée dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque ce rapport cible déterminé devient différent du rapport engagé en cours. Ainsi, on ne maintient un rapport engagé dans le mode électrique que lorsque cela peut servir à quelque chose, ce qui permet de minimiser les pertes induites par la boîte de vitesses et le nombre d'actionnements nécessaires à l'engagement d'un rapport adapté lors d'un passage du mode électrique au mode hybride. Par exemple, on peut déterminer le rapport cible en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi (au moins) la vitesse en cours du véhicule, l'enfoncement en cours de la pédale d'accélérateur du véhicule, la pente de la voie sur laquelle circule le véhicule, l'état de charge des moyens de stockage d'énergie, la puissance disponible dans les moyens de stockage d'énergie pour le moteur électrique, l'indice de sportivité du conducteur, l'altitude, la puissance instantanée maximale du moteur thermique, et le coefficient de dégradation de performance du moteur thermique. L'invention propose également un dispositif, destiné à contrôler le rapport qui est engagé dans une boîte de vitesses robotisée d'un véhicule hybride comprenant un moteur thermique propre à être couplé à la boîte de vitesses robotisée et un moteur électrique, et agencé, en cas de passage d'un mode hybride avec un rapport engagé en cours à un mode électrique, pour déterminer un rapport cible qui devrait être engagé en cas de retour dans le mode hybride, et pour déclencher le placement de la boîte de vitesses robotisée dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque ce rapport cible déterminé devient différent du rapport engagé en cours. Par exemple, ce dispositif peut être agencé pour déterminer le rapport cible en fonction au moins la vitesse en cours du véhicule, de l'enfoncement en cours de la pédale d'accélérateur du véhicule et de la pente de la voie sur laquelle circule le véhicule.

L'invention propose également un calculateur, destiné à équiper un véhicule hybride comprenant un moteur thermique propre à être couplé à une boîte de vitesses robotisée et un moteur électrique, et comprenant un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule hybride, éventuellement de type automobile, et comprenant un moteur thermique, propre à être couplé à une boîte de vitesses robotisée, un moteur électrique, et un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant ou bien un calculateur du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant une chaîne de transmission hybride parallèle et un superviseur de chaîne de transmission équipé d'un dispositif de contrôle selon l'invention, et la figure 2 illustre schématiquement au sein d'un diagramme des courbes d'évolution temporelle (t) de la variable de mode (C1), du rapport cible (C2), de la variable de demande de placement en position neutre (C3), du rapport en cours (C4), et de la vitesse en cours du véhicule (C5). L'invention a pour but de proposer un dispositif de contrôle D, et le procédé de contrôle associé, destinés à contrôler le rapport qui est engagé dans une boîte de vitesses BV robotisée d'un véhicule V de type hybride la parallèle et donc comprenant un moteur thermique MT propre à être couplé à cette boîte de vitesses BV robotisée et un moteur (ou machine) électrique ME. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V (hybride parallèle) est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule hybride 15 parallèle. Elle concerne en effet tout type de véhicule hybride parallèle terrestre ou maritime (ou fluvial). Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que la boîte de vitesses (robotisée) BV est de type automatique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de boîte de vitesses robotisée. Elle 20 concerne en effet toute boîte de vitesses dont le fonctionnement est contrôlé par un calculateur ou superviseur, et notamment les boîtes de vitesses associées à un double embrayage (ou DCT), les boîtes de vitesses manuelles pilotées, les boîtes de vitesses à variation continue (ou CVT), et les boîtes à trains épicycloïdaux. 25 On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule V à chaine de transmission de type hybride parallèle. Comme illustré, cette chaîne de transmission comprend notamment, d'une première part, une sous-chaîne thermique, comportant un moteur thermique MT, un embrayage EM, une boite de vitesses (mécanique) BV et une machine électrique AD (démarreur 30 ou alterno-démarreur), d'une deuxième part, une sous-chaîne électrique, comportant au moins un moteur (ou une machine) électrique ME et des moyens de couplage/découplage MC, et d'une troisième part (ici), des premier DV et second DR différentiels. On notera que la sous-chaîne électrique peut également comporter des moyens de réduction et un onduleur DC/AC (ici non représentés). Par exemple, et comme illustré non limitativement, le premier différentiel DV est couplé au train avant TV du véhicule V, qui est lui-même couplé à la sous-chaîne électrique, et le second différentiel DR est couplé au train arrière TR du véhicule V qui est lui-même couplé à la sous-chaîne thermique. Mais un agencement inverse est également possible. On notera que dans une variante de réalisation le moteur thermique MT et le moteur électrique ME pourraient être couplés à un même train, si le couplage du moteur électrique ME était réalisé en aval de la boîte de vitesses BV. Le moteur thermique MT comprend un vilebrequin (non représenté) qui est solidarisé fixement à un arbre moteur afin d'entraîner ce dernier en rotation, et couplé, éventuellement via une roue libre, à la machine électrique AD qui est chargée notamment de le lancer afin de lui permettre de démarrer.

La boîte de vitesses (robotisée) BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou primaire) et un arbre de sortie destinés à être couplés l'un à l'autre. L'arbre d'entrée est destiné à recevoir le couple moteur (thermique) via l'embrayage EM. L'arbre de sortie est destiné à recevoir le couple moteur via l'arbre d'entrée afin de le communiquer à l'arbre de transmission auquel il est couplé et qui est couplé indirectement aux roues (ici) avant du véhicule V, via le différentiel DV. L'arbre d'entrée et l'arbre de sortie comprennent chacun des pignons (non représentés) qui sont destinés à participer ensemble de façon sélective à la définition des différents rapports sélectionnables de la boîte de vitesses BV.

L'embrayage EM comprend notamment un volant moteur qui est solidarisé fixement à l'arbre moteur et un disque d'embrayage qui est solidarisé fixement à l'arbre d'entrée. Le moteur électrique ME est couplé à des moyens de stockage d'énergie MS de type haute tension, via l'éventuel onduleur (non représenté), et entraîne en rotation un arbre couplé, éventuellement via des moyens de réduction, aux moyens de couplage/découplage MC qui assurent le couplage/découplage à un second arbre de transmission qui est couplé au second différentiel DR. Ces moyens de couplage/découplage CR sont par exemple agencés sous la forme d'un mécanisme à crabots ou d'un embrayage. Les moyens de stockage d'énergie MS peuvent être agencés, par exemple, sous la forme d'au moins une batterie, monocellulaire ou multicellulaire, et couplée à la machine électrique AD afin de pouvoir être rechargée. Les fonctionnements du moteur thermique MT, de la boîte de vitesses BV, de l'embrayage EM, du moteur électrique ME et de l'alterno-démarreur AD sont, ici, contrôlés par un superviseur SC qui peut se présenter sous la forme d'un calculateur (de préférence dédié). Comme indiqué précédemment, l'invention propose de mettre en oeuvre dans le véhicule V un procédé destiné à contrôler le rapport qui est engagé dans la boîte de vitesses BV. Un tel procédé peut être mis en oeuvre par un dispositif de contrôle D.

Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le dispositif de contrôle D fait partie du superviseur (de la chaîne de transmission) SC. Cela résulte du fait que le superviseur SC gère en partie la boîte de vitesses BV, et notamment le choix du rapport devant être engagé. Mais cela n'est pas obligatoire. Ce dispositif (de contrôle) D pourrait en effet être un équipement qui est couplé au superviseur SC, directement ou indirectement. Il pourrait notamment faire partie d'un autre calculateur ou appareil. Par conséquent, le dispositif (de contrôle) D peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.

Le procédé, selon l'invention, est mis en oeuvre par le dispositif (de contrôle) D chaque fois que le superviseur SC décide (ou est informé par le conducteur du choix) de passer du mode hybride, avec un rapport de boîte de vitesses BV engagé en cours, à un mode électrique. Il est rappelé que l'on entend ici par « mode électrique » un mode d'utilisation (ou de roulage) dans lequel seul le moteur électrique ME fournit de la puissance motrice à partir de l'énergie stockée dans les moyens de stockage d'énergie MS, et par « mode hybride » un mode d'utilisation (ou de roulage) dans lequel le moteur thermique MT fournit de la puissance motrice éventuellement complétée par de la puissance motrice fournie par le moteur électrique ME. Ce procédé consiste à déterminer un rapport cible de la boîte de vitesses BV qui devrait être engagé en cas de retour (immédiat) dans le mode hybride, et à placer la boîte de vitesses BV dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque ce rapport cible déterminé devient différent du rapport engagé en cours. On comprendra que le rapport cible est celui qui serait le mieux adapté à la phase de vie en cours du véhicule V, si le superviseur SC décidait de le faire repasser dans le mode hybride alors qu'il est dans le mode électrique. Ainsi, si le rapport cible déterminé est identique au rapport engagé en cours (par exemple le troisième), on laisse la boîte de vitesses BV inchangée (c'est-à-dire avec le troisième rapport engagé), ce qui évite d'avoir à actionner la boîte de vitesses si l'on repasse dans le mode hybride et donc permet de solliciter moins fréquemment les organes et de ne pas nuire à l'agrément. En revanche, si le rapport cible déterminé devient différent du rapport engagé en cours (par exemple le troisième), on déclenche un désengagement de ce troisième rapport en vue du placement de la boîte de vitesses BV dans la position neutre, ce qui permet, d'une part, de limiter le nombre d'actionnements devant être effectués pour engager le rapport cible et donc de minimiser les sollicitations des organes et la réduction d'agrément, et, d'autre part, de minimiser les pertes induites par la boîte de vitesses dans le mode électrique.

La détermination du rapport cible et la comparaison entre ce dernier et le rapport engagé en cours sont effectués par le dispositif D. La détermination du rapport cible peut, par exemple, être réalisée en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi au moins la vitesse en cours du véhicule V, l'enfoncement en cours de la pédale d'accélérateur du véhicule V, la pente de la voie sur laquelle circule le véhicule V (ou, ce qui revient au même, de l'inclinaison en cours du véhicule V), l'état de charge des moyens de stockage d'énergie MS, la puissance disponible dans les moyens de stockage d'énergie MS pour le moteur électrique ME, l'indice de sportivité du conducteur, l'altitude, la puissance instantanée maximale du moteur thermique MT, et le coefficient de dégradation de performance du moteur thermique MT. On va maintenant décrire un exemple non limitatif de situation (ou phase de vie) pouvant survenir au sein du véhicule V, en référence au diagramme illustré sur la figure 2. Dans ce diagramme, la courbe Cl représente la courbe d'évolution temporelle (t = temps) de la variable de mode (hybride ou électrique), la courbe C2 représente la courbe d'évolution temporelle du rapport cible, la courbe C3 représente la courbe d'évolution temporelle de la variable de demande de placement en position neutre (demande de neutre active ou demande de neutre inactive), la courbe C4 représente la courbe d'évolution temporelle du rapport en cours, et la courbe C5 représente la courbe d'évolution temporelle de la vitesse en cours du véhicule V.

Entre les instants tO et tl le véhicule V est dans le mode hybride. La variable de mode Cl est alors, par exemple, dans son état bas (hybride), le rapport cible C2 est par exemple le deuxième rapport, la variable de demande de placement en position neutre C3 est, par exemple, dans un état bas représentatif d'une demande de neutre inactive, et le rapport engagé en cours C4 est par exemple le deuxième rapport. A l'instant t1, le superviseur SC requiert le passage dans le mode électrique. La variable de mode Cl passe alors, par exemple, dans son état haut (électrique). L'enfoncement de la pédale d'accélérateur étant très faible, le rapport cible C2 demeure inchangé (deuxième) jusqu'à l'instant t2.

A l'instant t2, la vitesse en cours du véhicule V commence à dépasser un seuil choisi et donc correspond désormais à un nouveau rapport cible C2, par exemple le troisième (déterminé par le dispositif D). La variable de mode Cl demeure dans son état haut (électrique), mais la variable de demande de placement en position neutre C3 passe dans un état haut représentatif d'une demande de neutre active du fait que le rapport cible déterminé (troisième) est désormais différent du rapport engagé en cours (deuxième). Le rapport engagé en cours C4 demeure cependant le deuxième rapport jusqu'à l'instant t3, espacé de t2 par un intervalle Atl , du fait que ce dernier (.811) correspond au temps de placement dans la position neutre. A l'instant t3, la boîte de vitesses BV est désormais dans sa position neutre C4 et le demeure jusqu'à un instant t5. A l'instant t4, le superviseur SC requiert le passage dans le mode hybride. La variable de mode Cl passe alors dans son état bas (hybride). Le rapport cible C2 demeure par exemple inchangé (troisième), mais la variable de demande de placement en position neutre C3 passe dans un état bas représentatif d'une demande de neutre inactive du fait que l'on doit impérativement engager un rapport égal au rapport cible déterminé (troisième), alors que l'on est au neutre. L'engagement du troisième rapport C4 n'est effectif qu'à l'instant t5, espacé de t4 par un intervalle At2, du fait que ce dernier (.812) correspond au temps nécessaire au passage du neutre au troisième rapport. L'invention permet ainsi de diminuer le nombre de changements de rapport, ce qui diminue la gêne des passagers et permet de rendre moins sévère le profil dit de mission des actionneurs de la boîte de vitesses.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du rapport engagé dans une boîte de vitesses robotisée (BV) d'un véhicule hybride (V) comprenant un moteur thermique (MT) propre à être couplé à ladite boîte de vitesses robotisée (BV) et un moteur électrique (ME), caractérisé en ce qu'il consiste, en cas de passage d'un mode hybride avec un rapport engagé en cours à un mode électrique, à déterminer un rapport cible qui devrait être engagé en cas de retour dans ledit mode hybride, et à placer ladite boîte de vitesses robotisée (BV) dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque ledit rapport cible déterminé devient différent dudit rapport engagé en cours.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine ledit rapport cible en fonction d'au moins un paramètre choisi dans un groupe comprenant au moins une vitesse en cours dudit véhicule (V), un enfoncement en cours d'une pédale d'accélérateur dudit véhicule (V), une pente d'une voie sur laquelle circule ledit véhicule (V), un état de charge desdits moyens de stockage d'énergie (MS), une puissance disponible dans lesdits moyens de stockage d'énergie (MS) pour le moteur électrique (ME), un indice de sportivité du conducteur, une altitude, une puissance instantanée maximale dudit moteur thermique (MT), et un coefficient de dégradation de performance dudit moteur thermique (MT).
3. Dispositif (D) de contrôle du rapport engagé dans une boîte de vitesses robotisée (BV) d'un véhicule hybride (V) comprenant un moteur thermique (MT) propre à être couplé à ladite boîte de vitesses robotisée (BV) et un moteur électrique (ME), caractérisé en ce qu'il est agencé, en cas de passage d'un mode hybride avec un rapport engagé en cours à un mode électrique, pour déterminer un rapport cible qui devrait être engagé en cas de retour dans ledit mode hybride, et pour déclencher le placement de ladite boîte de vitesses robotisée (BV) dans une position dite neutre, définissant un point mort, lorsque ledit rapport cible déterminé devient différent dudit rapport engagé en cours.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est agencépour déterminer ledit rapport cible en fonction au moins d'une vitesse en cours dudit véhicule (V), d'un enfoncement en cours d'une pédale d'accélérateur dudit véhicule (V) et d'une pente d'une voie sur laquelle circule ledit véhicule (V).
5. Calculateur (SC) pour un véhicule hybride (V) comprenant un moteur thermique (MT) propre à être couplé à une boîte de vitesses robotisée (BV) et un moteur électrique (ME), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle (D) selon l'une des revendications 3 et 4.
6. Véhicule hybride (V) comprenant un moteur thermique (MT) propre à être couplé à une boîte de vitesses robotisée (BV) et un moteur électrique (ME), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de contrôle (D) selon l'une des revendications 3 et 4 ou un calculateur (SC) selon la revendication 5.
7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est de type 15 automobile.