WO2007141437A1 - Procede et systeme d'engagement d'un rapport de vitesses, support d'enregistrement pour ce procede - Google Patents

Procede et systeme d'engagement d'un rapport de vitesses, support d'enregistrement pour ce procede Download PDF

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WO2007141437A1
WO2007141437A1 PCT/FR2007/051259 FR2007051259W WO2007141437A1 WO 2007141437 A1 WO2007141437 A1 WO 2007141437A1 FR 2007051259 W FR2007051259 W FR 2007051259W WO 2007141437 A1 WO2007141437 A1 WO 2007141437A1
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WO
WIPO (PCT)
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shaft
gearbox
primary
sub
gear ratio
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/051259
Other languages
English (en)
Inventor
Cédric LAUNAY
Yvan Le Neindre
Stéphane Guerin
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles Sa filed Critical Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Definitions

  • the present invention relates to a method and system for engaging a gear ratio, and a recording medium for this method.
  • Such methods are useful when engaging a new gear ratio between a primary shaft and a secondary shaft of a controlled gearbox of a hybrid motor vehicle.
  • Hybrid motor vehicles are equipped with a thermal engine and a rotating electric machine each clean to drive, alternately or simultaneously, the primary shaft of the gearbox.
  • the electric machine is equipped for this purpose with a rotor permanently fixed to the primary shaft.
  • the gearboxes comprise at least one controllable mechanical synchronizer capable of transmitting by friction an adjustable amount of couples from the secondary shaft to the primary shaft and vice versa.
  • a synchronization phase of the angular velocities of the primary and secondary shafts comprising: a) an action step of the electrical machine for converging the angular velocity Co 1 of the primary shaft towards the angular velocity ⁇ 2 of the the secondary shaft multiplied by the reduction gearbox dn f the new gear ratio n f speeds to engage, and b) a step of action of the mechanical synchronizer to converge the angular velocity on to the angular velocity ⁇ 2 multiplied by the gear ratio.
  • steps a) and b) are executed one after the other.
  • the gap time is defined here as the time required to execute the disengagement phase, the synchronization phase and the engagement phase.
  • the rotor of the electric machine greatly increases the inertia of the primary shaft. Therefore, the time required to converge the angular velocity co i of the primary shaft to the angular velocity of the secondary shaft ⁇ 2 multiplied by the gear ratio dn f of the new gear ratio n f is significantly greater than that it can be observed for a motor vehicle without rotor fixed to the primary shaft.
  • the aim of the invention is to satisfy this desire by proposing a method making it possible to reduce the recess time for a hybrid motor vehicle.
  • the invention therefore relates to such a method wherein steps a) and b) are at least partly performed simultaneously.
  • the duration of the synchronization phase is shortened because the electric machine and the mechanical synchronizer act simultaneously to converge the angular velocity ⁇ i to the angular velocity ⁇ 2 -dn f .
  • step b) the moment at which the triggering of step b) is commanded is a function of the quantity of energy remaining to be dissipated before the stopping condition is satisfied;
  • step b) is only triggered if the quantity of energy remaining to be dissipated is less than a predetermined threshold, this predetermined threshold being less than or equal to the maximum amount of energy that can be dissipated by the mechanical synchronizer;
  • step b) the moment at which the triggering of step b) is commanded is also determined as a function of the reaction time of an actuator of the mechanical synchronizer able to move this synchronizer from its position of rest to its active position, in response to a new move command;
  • the time at which the triggering of step b) is commanded is also determined as a function of the propagation time of a mechanical synchronizer displacement command on an information transmission bus, this command being issued by a common supervisor and transmitted to the actuator to which it is intended via the bus, the common supervisor being able to control the electric machine and the actuator of the mechanical synchronizer;
  • step b) depending on the amount of energy remaining to be dissipated makes it possible to protect the mechanical synchronizer by preventing the triggering of this step b) if the amount of energy remaining to be dissipated is too great,
  • Triggering step b) as a function of the propagation time makes it possible to compensate the delay due to the propagation of commands from the common supervisor to the actuator.
  • the invention also relates to an information recording medium comprising instructions for executing the above method of engaging a new gear ratio, when these instructions are executed by an electronic computer.
  • the invention also relates to a system for engaging a new gear ratio between primary and secondary shafts of a gearbox of a hybrid motor vehicle, this system comprising:
  • this box comprising at least one controllable mechanical synchronizer able to be moved between an active position in the which it transmits by friction of the torque of the secondary shaft to the primary shaft and vice versa, and a rest position in which it does not allow to transmit torque from the secondary shaft to the primary shaft and vice versa,
  • controllable electric machine capable of driving in rotation, alternately or simultaneously with a heat engine, the primary shaft of the gearbox, this electric machine being equipped with a rotor permanently fixed to the primary shaft,
  • the supervisor is able to perform the above method of engaging a new gear ratio.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a hybrid motor vehicle equipped a system of engagement of a new gear ratio
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a manual gearbox of the vehicle of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for engaging a new gear ratio using the system of FIG. 1, and
  • FIG. 4 is a timing diagram illustrating the sequencing of different phases of the process of FIG. 3 over time.
  • FIG. 1 represents a hybrid motor vehicle 2.
  • FIG. 1 represents a hybrid motor vehicle 2.
  • the features and functions well known to those skilled in the art are not described in detail.
  • the vehicle 2 is equipped with a controllable motor 4 adapted to rotate a shaft 6 known as the "motor shaft”.
  • a controller 8 is connected to the motor 4 so controlling the torque r am produced by the motor 4 to the shaft 6 so that the latter approaches a r cn s.am target torque for the motor shaft.
  • An inertia flywheel 9 is fixed to the shaft 6.
  • the shaft 6 is mechanically able to be coupled to a primary shaft 10 of a manual gearbox 12 controlled by means of a mechanism controllable 14 of coupling and mechanical uncoupling of the shafts 6 and 10. More specifically, the mechanism 14 is movable between a fully disengaged position in which no torque of the shaft 6 is transmitted to the shaft 10, and a position engaged in which the entire torque of the shaft 6 is transmitted to the shaft 10. Typically, the mechanism 14 can take intermediate positions in which only a portion of the torque of the shaft 6 is transmitted to the shaft 10.
  • the mechanism 14 is, for example, a dry or wet clutch.
  • the mechanism 14 is controlled by a close controller 16 adapted to adjust the position of the mechanism 14 as a function of a setpoint .Tcns-emb torque to be transmitted through this mechanism.
  • the gearbox 12 is mechanically coupled between the shaft 10 and a secondary shaft 18.
  • the box 12 is able to rotate the shaft 18 with an angular velocity ⁇ 2 equal to the angular velocity TLC of the shaft 10 divided by a gear ratio dn f .
  • the ratio dn f can typically take a predetermined number of values strictly greater than 1. It is assumed here that the box 12 is a gearbox with five gear ratios ni, n 2 , n 3 , n 4 and n 5 , which respectively corresponds to to five values dn-i, dn 2 , dn 3 , dn 4 and dn 5 possible for the gear ratio.
  • the gear ratio is, for example, obtained by calculating the ratio of the number of teeth of the idler gear to the number of teeth of the fixed gear.
  • the shaft 18 rotates the drive wheels of the vehicle 2 by means of a mechanism 20 for transmitting the torque to the drive wheels.
  • a mechanism 20 for transmitting the torque to the drive wheels.
  • the gearbox 12 is driven by a close-up computer 24 adapted, in response to a shift control gear, to control different actuators inside the gearbox 12 so as to change the drif ratio.
  • the vehicle is also able to drive the driving wheels in rotation with the aid of a rotating electrical machine 26.
  • this machine 26 comprises a rotor 28 and a stator 30.
  • the rotor 28 is fixed without any degree of freedom in rotation with the shaft 10.
  • the stator 30 is fixed to the chassis of the vehicle 2.
  • the machine 26 is controlled by a Close-computer 32 adapted to control the torque that r exerted by the machine 26 on the shaft 10 in response to a setpoint torque r cn s-this-
  • the set of close computers 8, 16, 24 and 32 are connected to a common supervisor 34 able to transmit the instructions or commands to each of the close controllers via an information transmission bus 36.
  • the bus 36 is, for example, a CAN bus
  • the vehicle 2 is equipped with a system 40 for engaging a new gear ratio n f .
  • This system 40 comprises:
  • the supervisor 34 is equipped with a module 44 for controlling the commitment of the new report n f .
  • the supervisor 34 and in particular the module 44 is typically made from programmable electronic computers capable of executing instructions recorded on an information recording medium.
  • the supervisor 34 is connected to a memory 46 containing instructions for executing the method of FIG. 3 when these instructions are executed by the electronic computer.
  • FIG. 2 diagrammatically represents the interior of the gearbox 12.
  • the elements already described with reference to FIG. 1 bear the same numerical references.
  • Box 12 comprises:
  • the pinions 50 to 54 are permanently engaged with, respectively, the pinions 56 to 60 so as to simultaneously drive in rotation all the crazy gears.
  • the pinion pairs 50 and 56, 51 and 57, 52 and 58, 53 and 59, 54 and 60 respectively correspond to the gear ratios ni. n 2 , n 3 , n 4 and n 5 .
  • the box 12 also comprises three mechanical synchronizers 62, 64 and 65 mounted on the shaft 18. Each of these synchronizers is, on the one hand, able to synchronize the angular speed of the shaft 18 with that of the idler gear to engage and on the other hand, to engage the selected idle gear so as to make it integral in rotation with the shaft 18.
  • the synchronizers 62, 64 and 65 are, for example, identical to each other and only the synchronizer 62 will be described more in details.
  • Gearboxes equipped with mechanical synchronizers are well known (see, for example, US Pat. No. 5,722,291 or EP 1,298,340) so that only a very schematic representation of the synchronizer 62 makes it possible to explain an example of the operation of such a gearbox. synchronizer will be presented here.
  • the synchronizer 62 is equipped with a hub 66 permanently fixed to the shaft 18. This hub 66 rotates a synchronizing ring 68.
  • This ring 68 comprises two conical bearing surfaces 70 and 72 of friction respectively against complementary conical bearing surfaces 74 and 76.
  • the conical bearing surfaces 74 and 76 are respectively integral with the gears 56 and 57.
  • the ring 68 is axially displaceable along the axis X-X 'of rotation of the shaft 18 between:
  • the synchronizer 62 is also equipped with a sleeve 80 rotated by the hub 66.
  • This sleeve 80 is equipped with a toothing 82 of female clutch intended to be engaged in a set of teeth of male clutch 86 integral with the pinion 56 or in a toothing 86 of male clutch secured to the pinion 57.
  • the sleeve 80 is axially displaceable along the axis X-X 'between: a first active position in which the toothing 82 is engaged in the toothing 84 in order to rotate the pinion 56 with the shaft 18,
  • the engagement of the toothing 82 either in the toothing 84 or in the toothing 86 can only be realized once the angular velocity of the teeth to be engaged has been equalized thanks to the ring 68.
  • the sleeve 80 is also equipped with a fork 88 for axially moving this sleeve.
  • the box 12 is also equipped with a controllable actuator 90 engaging to move the ring 68 and the sleeve 80 between their active positions and their rest position.
  • the box 12 is also equipped with a selection actuator 92 for mechanically coupling the actuator 90 to the synchronizer to be driven.
  • actuators 90 and 92 are controlled by the close controller 24.
  • the operation of the system 40 will now be described with reference to the method of FIG. 3 in the particular case where the speed ratio currently engaged is the ratio n 2 and the new gear ratio to be engaged is the ratio n i.
  • the method of engagement of the report nor begins with a phase 100 of cancellation of the torque exerted by the motor 4 and the rotating electrical machine 26 on the primary shaft 10.
  • the module 44 controls the motor 4 and the rotary electric machine 26 to cancel the torque r ap .
  • the angular velocity ⁇ ⁇ is measured by the sensor 42 and the sensor 43 measures the speed of rotation of the wheel ⁇
  • the module 44 calculates the angular speed G) 2 of the shaft 18 from the speed of rotation of the wheel ⁇ wheel.
  • the angular velocity ⁇ 2 calculated during step 108 remains constant. Indeed, the shaft 18 is engaged with the drive wheels of the vehicle and the vehicle speed 2 can be considered constant when engaging a new gear ratio.
  • the module 44 calculates an angular velocity ⁇ imax from which the synchronizer 62 can be used to equalize the angular speed of the pinion 56 with that of the shaft 18 while maintaining warming of this synchronizer less than an acceptable limit.
  • - E is the amount of energy to be dissipated to equalize the angular speed of the pinion 56 with that of the shaft 18,
  • - Ji is the moment of inertia of the shaft 10
  • - ⁇ iini is the initial angular velocity of the shaft 10 measured during the step 106
  • - ⁇ -i final is the angular speed of the shaft 10 when the angular speed of the pinion 56 is equal to the angular speed of the shaft 18.
  • the difference between the angular velocity ⁇ i, m and ⁇ if ina ⁇ corresponds to a variation A ⁇ - ⁇ of the angular speed of the shaft 10 when the new gear ratio is engaged.
  • the angular velocity ⁇ i max from which the ring 68 can be moved into its first active position without the risk of exceeding the energy threshold E max is, for example, estimated using the following relationship:
  • the value of the speed ⁇ i max is then further modified to obtain a value ⁇ i an t which compensates for the fact that:
  • the command sent by the module 44 to the actuator 90 puts a time ti to propagate from the supervisor 34 to the controller 24, and
  • the angular velocity ⁇ i an t corresponds to the angular velocity at which the module 44 must send the movement control of the ring 68 so that at the instant when the ring 68 is actually in its first position active, the speed ⁇ i of the shaft 10 is equal to the speed ⁇ i max .
  • the ⁇ lant speed can be determined in real time from the values of ti and t 2, the instantaneous acceleration or deceleration of the shaft 10, and the value of ⁇ imax calculated using the relation (4).
  • the module 44 sends, during a step 1 16, a disengagement command of the ratio currently engaged to the close controller 24.
  • the close controller controls the actuators 90 and 92 to disengage the report n 2 .
  • the module 44 controls, during a step 118, the machine 26 to maintain the torque AP allowing the release of the report.
  • the controller 24 indicates to the module 44 that this report is disengaged.
  • phase 1 14 is completed and a phase 124 of synchronization of the angular speed of the pinion 56 with the angular speed of the shaft 18 is executed.
  • the module 44 controls the machine 26 so that the speed ⁇ i is as close as possible to the speed dni. ⁇ 2 (the symbol ".” here represents the multiplication operation).
  • the machine 26 acts on the shaft 10 to converge the speed ⁇ i to the speed dn ⁇ ⁇ 2 .
  • the module 44 controls the actuator 92 so that it selects the synchronizer that will be used to engage the ratio n-i.
  • Step 130 the module controls the actuator 90 so that the latter moves the ring 68 to a position where the staves 70 and 74 are close without being in contact.
  • Step 130 notably makes it possible to make up for the games in the synchronizer 62.
  • the speed ⁇ i is measured.
  • a step 134 the module 44 checks whether the measured OH speed is less than or equal to ⁇ i an t- If not, the process returns to step 132. If yes, at a time t 0 in a step 136, the module 44 immediately sends the movement control of the synchronizer 62 to its first active position.
  • the synchronizer 62 acts to converge the speed ⁇ i to the speed dn-
  • Steps 127 and 138 are executed in parallel as long as the next stop condition is not satisfied: S 0 ⁇ W 1 - ⁇ 2 • dn f ⁇ S 1 (5) where:
  • S 0 and Si are predetermined thresholds.
  • the thresholds S 0 and Si are typically lower, in absolute value, at 100 revolutions per minute and preferably less than 50 per minute.
  • the phase 124 ends and a phase 140 of residual synchronization begins.
  • the angular speed of the pinion 56 is made equal to the speed ⁇ 2 using only the synchronizer 62.
  • Phase 144 is also known as the phase of interconnection. During the phase 144, the toothing 82 of the sleeve 88 is engaged in the toothing 84 integral with the pinion 56.
  • phase 146 of torque recovery is executed.
  • the motor 4 and the machine 26 are controlled so as to produce a torque, respectively on the shaft 6, and on the shaft 10 equal to the torque exerted on these same shafts before the triggering of the phase 100 .
  • FIG. 4 represents, in the form of a timing diagram, the succession of the main phases and steps of the method of FIG. 3.
  • the horizontal bars bear the same references as the corresponding steps of FIG. 3.
  • Each bar represents the duration of the phase or step to which they correspond.
  • the movement control of the ring 68 in its active position is triggered at a time t 0 in time advance on the instant t- ⁇ + t 2 at which the range 70 is actually rubbing on the range 74.
  • the step 138 is simultaneously executed with the step 127, which makes it possible to shorten the depression time.
  • phase 146 can be performed using only either the electric machine or the heat engine.
  • Synchronizers have been described here in the particular case where they are integral with the secondary shaft. In a variant, these synchronizers are integral with the primary shaft.
  • the time t 0 for controlling the triggering of step 138 is not determined in order to make up for the delay due to the propagation time t i and the response time t 2 .
  • the rotating electrical machine 26 is used instead of the sensor 42 to measure the angular velocity Co 1 .

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Abstract

Ce procédé d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses comporte : a) une étape (127) d'action d'une machine électrique tournante pour faire converger la vitesse angulaire ω1 d'un arbre primaire de boîte de vitesses vers une vitesse angulaire ω2 d'un arbre secondaire de cette boîte multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf de vitesses à engager, et b) une étape (138) d'action d'un synchroniseur mécanique pour faire converger la vitesse angulaire ω1 vers la vitesse angulaire ω2 multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf, Les étapes a) et b) sont au moins en partie exécutées simultanément.

Description

PROCEDE ET SYSTEME D'ENGAGEMENT D'UN RAPPORT DE VITESSES, SUPPORT D'ENREGISTREMENT POUR CE PROCEDE
La présente invention concerne un procédé et un système d'engagement d'un rapport de vitesses, et un support d'enregistrement pour ce procédé.
De tels procédés sont utiles lors de l'engagement d'un nouveau rapport de vitesses entre un arbre primaire et un arbre secondaire d'une boîte de vitesses pilotée d'un véhicule automobile hybride. Les véhicules automobiles hybrides sont équipés d'un moteur thermique et d'une machine électrique tournante propre chacun à entraîner, en alternance ou simultanément, l'arbre primaire de la boîte de vitesses. Généralement, la machine électrique est équipée à cet effet d'un rotor fixé en permanence à l'arbre primaire. Par ailleurs, classiquement, les boîtes de vitesses comportent au moins un synchroniseur mécanique commandable propre à transmettre par frottement une quantité réglable de couples de l'arbre secondaire à l'arbre primaire et vice versa.
Dans ce contexte, les procédés existants d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses comprennent :
- une phase de désengagement du rapport de vitesses actuellement engagé pendant laquelle la boîte de vitesses désaccouple mécaniquement l'arbre primaire et l'arbre secondaire, puis
- une phase de synchronisation des vitesses angulaires des arbres primaire et secondaire, cette phase comportant : a) une étape d'action de la machine électrique pour faire converger la vitesse angulaire Co 1 de l'arbre primaire vers la vitesse angulaire ω2 de l'arbre secondaire multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf de vitesses à engager, et b) une étape d'action du synchroniseur mécanique pour faire converger la vitesse angulaire on vers la vitesse angulaire ω2 multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf, - une phase d'engagement du nouveau rapport de vitesses dès que la condition d'arrêt suivante est satisfaite : S0 < ωx - ω2 - dnf < S1 , où S0 et Si sont des seuils prédéterminés. Dans les procédés existants, les étapes a) et b) sont exécutées l'une après l'autre.
On définit ici le temps de creux comme étant le temps nécessaire pour exécuter la phase de désengagement, la phase de synchronisation et la phase d'engagement.
Dans les véhicules hybrides, le rotor de la machine électrique augmente fortement l'inertie de l'arbre primaire. Dès lors, le temps nécessaire pour faire converger la vitesse angulaire coi de l'arbre primaire vers la vitesse angulaire de l'arbre secondaire ω2 multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport de vitesses nf est nettement supérieur à celui que l'on peut observer pour un véhicule automobile sans rotor fixé à l'arbre primaire.
Il est donc souhaitable de diminuer ce temps de creux pour les véhicules automobiles hybrides.
L'invention vise à satisfaire ce souhait en proposant un procédé permettant de diminuer le temps de creux pour un véhicule automobile hybride. L'invention a donc pour objet un tel procédé dans lequel les étapes a) et b) sont au moins en partie exécutées simultanément.
Dans le procédé ci-dessus, la durée de la phase de synchronisation est raccourcie car la machine électrique et le synchronisateur mécanique agissent simultanément pour faire converger la vitesse angulaire ωi vers la vitesse angulaire ω2-dnf.
Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est fonction de la quantité d'énergie restant à dissiper avant que la condition d'arrêt soit satisfaite ;
- l'étape b) est uniquement déclenchée si la quantité d'énergie restant à dissiper est inférieure à un seuil prédéterminé, ce seuil prédéterminé étant inférieur ou égal à la quantité maximale d'énergie que peut dissiper le synchroniseur mécanique ;
- l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est également déterminé en fonction du temps de réaction d'un actionneur du synchroniseur mécanique propre à déplacer ce synchroniseur de sa position de repos vers sa position active, en réponse à une nouvelle commande de déplacement ;
- l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est également déterminé en fonction du temps de propagation d'une commande de déplacement du synchroniseur mécanique sur un bus de transmission d'informations, cette commande étant émise par un superviseur commun et transmise jusqu'à l'actionneur auquel elle est destinée par l'intermédiaire du bus, le superviseur commun étant propre à commander la machine électrique et l'actionneur du synchroniseur mécanique ; Les modes de réalisation de ce procédé présentent en outre les avantages suivants :
- déclencher l'étape b) en fonction de la quantité d'énergie restante à dissiper rend possible la protection du synchroniseur mécanique en empêchant le déclenchement de cette étape b) si la quantité d'énergie restante à dissiper est trop importante,
- déclencher l'étape b) uniquement si la quantité d'énergie restante à dissiper est inférieure à un seuil prédéterminé permet d'empêcher ou de ralentir la détérioration du synchroniseur,
- tenir compte du temps de réaction de l'actionneur du synchroniseur permet de compenser le retard correspondant à ce temps de réaction, et
- déclencher l'étape b) en fonction du temps de propagation permet de compenser le retard dû à la propagation des commandes du superviseur commun jusqu'à l'actionneur.
L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'exécution du procédé ci-dessus d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique.
L'invention a également pour objet un système d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses entre des arbres primaire et secondaire d'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile hybride, ce système comportant :
- la boîte de vitesses mécaniquement accouplée entre les arbres primaire et secondaire, cette boîte comportant au moins un synchroniseur mécanique commandable propre à être déplacé entre une position active dans laquelle il transmet par frottements du couple de l'arbre secondaire à l'arbre primaire et vice versa, et une position de repos dans laquelle il ne permet pas de transmettre du couple de l'arbre secondaire vers l'arbre primaire et vice versa,
- une machine électrique commandable propre à entraîner en rotation, en alternance ou simultanément avec un moteur thermique, l'arbre primaire de la boîte de vitesses, cette machine électrique étant équipée d'un rotor fixé en permanence à l'arbre primaire,
- un superviseur apte à commander la machine électrique et la boîte de vitesses pilotée. Le superviseur est apte à exécuter le procédé ci-dessus d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule automobile hybride équipé d'un système d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses,
- la figure 2 est une illustration schématique d'une boîte de vitesses manuelle du véhicule de la figure 1 ,
- la figure 3 est un organigramme d'un procédé d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses à l'aide du système de la figure 1 , et
- la figure 4 est un chronogramme illustrant l'enchaînement dans le temps de différentes phases du procédé de la figure 3.
La figure 1 représente un véhicule automobile hybride 2. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
Le véhicule 2 est équipé d'un moteur commandable 4 apte à entraîner en rotation un arbre 6 connu sous le terme « d'arbre moteur ». Un contrôleur 8 est connecté au moteur 4 de manière à commander le couple ram produit par le moteur 4 sur l'arbre 6 pour que ce dernier se rapproche d'une consigne rcns.am de couple pour l'arbre moteur.
Un volant d'inertie 9 est fixé à l'arbre 6.
L'arbre 6 est mécaniquement apte à être accouplé à un arbre primaire 10 d'une boîte de vitesses manuelle pilotée 12 par l'intermédiaire d'un mécanisme commandable 14 d'accouplement et de désaccouplement mécanique des arbres 6 et 10. Plus précisément, le mécanisme 14 est déplaçable entre une position complètement débrayée dans laquelle aucun couple de l'arbre 6 n'est transmis à l'arbre 10, et une position embrayée dans laquelle la totalité du couple de l'arbre 6 est transmise à l'arbre 10. Typiquement, le mécanisme 14 peut prendre des positions intermédiaires dans lesquelles seule une partie du couple de l'arbre 6 est transmise à l'arbre 10.
Le mécanisme 14 est, par exemple, un embrayage sec ou humide. Le mécanisme 14 est commandé par un contrôleur rapproché 16 apte à ajuster la position du mécanisme 14 en fonction d'une consigne .Tcns-emb de couple à transmettre par l'intermédiaire de ce mécanisme.
La boîte de vitesses 12 est mécaniquement accouplée entre l'arbre 10 et un arbre secondaire 18. La boîte 12 est apte à faire tourner l'arbre 18 avec une vitesse angulaire ω2 égale à la vitesse angulaire CCM de l'arbre 10 divisée par un rapport de démultiplication dnf. Le rapport dnf peut typiquement prendre un nombre prédéterminé de valeurs strictement supérieures à 1. On suppose ici que la boîte 12 est une boîte à cinq rapports de vitesses n-i, n2, n3, n4 et n5, ce qui correspond respectivement à cinq valeurs dn-i, dn2, dn3, dn4 et dn5 possibles pour le rapport de démultiplication. Le rapport de démultiplication est, par exemple, obtenu en calculant le rapport du nombre de dents du pignon fou sur le nombre de dents du pignon fixé.
L'arbre 18 entraîne en rotation les roues motrices du véhicule 2 par l'intermédiaire d'un mécanisme 20 de transmission du couple aux roues motrices. Pour simplifier la figure 1 , seule une roue motrice 22 a été représentée.
La boîte 12 est pilotée par un calculateur rapproché 24 apte, en réponse à une commande de changement de rapport de vitesses, à commander différents actionneurs à l'intérieur de la boîte 12 de manière à changer le rapport drif. Le véhicule est également apte à entraîner en rotation les roues motrices à l'aide d'une machine électrique tournante 26. A cet effet, cette machine 26 comprend un rotor 28 et un stator 30. Le rotor 28 est fixé sans aucun degré de liberté en rotation à l'arbre 10. Le stator 30 est fixé au châssis du véhicule 2. La machine 26 est commandée par un calculateur rapproché 32 apte à commander le couple rce exercé par la machine 26 sur l'arbre 10 en réponse à une consigne de couple rcns-ce-
L'ensemble des calculateurs rapprochés 8, 16, 24 et 32 sont raccordés à un superviseur commun 34 propre à transmettre les consignes ou les commandes à chacun des contrôleurs rapprochés par l'intermédiaire d'un bus 36 de transmission d'informations. Le bus 36 est, par exemple, un bus CAN
(Contrôler Area Network).
Le véhicule 2 est équipé d'un système 40 d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses nf. Ce système 40 comprend :
- la boîte 12 et son contrôleur rapproché 24,
- la machine 26 et son contrôleur rapproché 32,
- un capteur 42 de la vitesse angulaire ω-i,
- un capteur 43 de la vitesse angulaire de la roue 22, et - le superviseur 34.
A cet effet, le superviseur 34 est équipé d'un module 44 de commande de l'engagement du nouveau rapport nf.
Le superviseur 34 et en particulier le module 44 est typiquement réalisé à partir de calculateurs électroniques programmables aptes à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, le superviseur 34 est connecté à une mémoire 46 contenant des instructions pour l'exécution du procédé de la figure 3 lorsque ces instructions sont exécutées par le calculateur électronique.
La figure 2 représente schématiquement l'intérieur de la boîte de vitesses 12. Sur cette figure, les éléments déjà décrits en regard de la figure 1 portent les mêmes références numériques.
La boîte 12 comprend :
- cinq pignons 50 à 54 fixés sans aucun degré de liberté en rotation à l'arbre 10, et - cinq pignons fous 56 à 60 montés libres en rotation autour de l'arbre
18.
Les pignons 50 à 54 sont engagés en permanence avec, respectivement, les pignons 56 à 60 de manière à entraîner simultanément en rotation tous les pignons fous. Par exemple, les couples de pignons 50 et 56, 51 et 57, 52 et 58, 53 et 59, 54 et 60 correspondent respectivement aux rapports de vitesses n-i . n2, n3, n4 et n5.
La boîte 12 comprend également trois synchroniseurs mécaniques 62, 64 et 65 montés sur l'arbre 18. Chacun de ces synchroniseurs est, d'une part, apte à synchroniser la vitesse angulaire de l'arbre 18 avec celle du pignon fou à engager et, d'autre part, à engager le pignon fou sélectionné de manière à le rendre solidaire en rotation de l'arbre 18. Les synchroniseurs 62, 64 et 65 sont, par exemple, identiques les uns aux autres et seul le synchroniseur 62 sera décrit plus en détails.
Des boîtes de vitesses équipées de synchroniseurs mécaniques sont bien connues (voir, par exemple, US 5 722 291 ou EP 1 298 340) de sorte que seule une représentation très schématique du synchroniseur 62 permettant d'expliquer un exemple de fonctionnement d'un tel synchroniseur sera présentée ici.
Le synchroniseur 62 est équipé d'un moyeu 66 fixé en permanence à l'arbre 18. Ce moyeu 66 entraîne en rotation une bague de synchronisation 68.
Cette bague 68 comprend deux portées coniques 70 et 72 de friction en regard respectivement de portées coniques complémentaires 74 et 76. Les portées coniques 74 et 76 sont respectivement solidaires des pignons 56 et 57.
La bague 68 est déplaçable axialement le long de l'axe X-X' de rotation de l'arbre 18 entre :
- une première position active dans laquelle la portée 70 est en contact avec la portée 74, ce qui permet sous l'action du frottement entre ces portées d'égaliser la vitesse angulaire du pignon 56 et de l'arbre 18,
- une seconde position active dans laquelle la portée 72 est en contact avec la portée 76, ce qui, sous l'action des frottements entre ces portées, permet d'égaliser la vitesse angulaire du pignon 57 avec celle de l'arbre 18, et
- une position de repos dans laquelle aucune des portées 70 ou 72 est en contact avec l'une des portées 74 ou 76, de sorte que la vitesse angulaire des pignons 56 et 57 est différente de celle de l'arbre 18.
Le synchroniseur 62 est également équipé d'un manchon 80 entraîné en rotation par le moyeu 66. Ce manchon 80 est équipé d'une denture 82 de crabotage femelle destinée à être engagée dans une denture 84 de crabotage mâle solidaire du pignon 56 ou dans une denture 86 de crabotage mâle solidaire du pignon 57.
Le manchon 80 est déplaçable axialement le long de l'axe X-X' entre : - une première position active dans laquelle la denture 82 est engagée dans la denture 84 afin de solidariser en rotation le pignon 56 avec l'arbre 18,
- une seconde position active dans laquelle la denture 82 est engagée dans la denture 86 afin de solidariser en rotation le pignon 57 avec l'arbre 18,
- une position de repos dans laquelle la denture 82 n'est ni engagée dans la denture 84 ni engagée dans la denture 86 de sorte que les pignons 56 et
57 sont libres en rotation autour de l'arbre 18.
L'engagement de la denture 82 soit dans la denture 84 soit dans la denture 86 ne peut être réalisé qu'une fois que la vitesse angulaire des dentures à engager a été égalisée grâce à la bague 68. Le manchon 80 est également équipé d'une fourchette 88 permettant de déplacer axialement ce manchon.
La boîte 12 est également équipée d'un actionneur commandable 90 d'engagement propre à déplacer la bague 68 et le manchon 80 entre leurs positions actives et leur position de repos. La boîte 12 est également équipée d'un actionneur de sélection 92 permettant d'accoupler mécaniquement l'actionneur 90 au synchroniseur à piloter.
Pour simplifier la figure 2, les liaisons mécaniques entre les actionneurs 90 et 92 et les synchroniseurs correspondants n'ont pas été représentées.
Ces actionneurs 90 et 92 sont commandés par le contrôleur rapproché 24.
Le fonctionnement du système 40 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 3 dans le cas particulier où le rapport de vitesses actuellement engagé est le rapport n2 et le nouveau rapport de vitesses à engager est le rapport n-i . Le procédé d'engagement du rapport n-i commence par une phase 100 d'annulation du couple exercé par le moteur 4 et par la machine électrique tournante 26 sur l'arbre primaire 10. A cet effet, lors d'une étape 102, le module 44 commande le moteur 4 et la machine électrique tournante 26 pour annuler le couple rap.
En parallèle de la phase 100, lors d'une étape 106, la vitesse angulaire ω ^ est mesuré par le capteur 42 et le capteur 43 mesure la vitesse de rotation de la roue ω roue
Ces deux mesures sont transmisses au module 44. Ensuite, lors d'une étape 108, le module 44 calcule la vitesse angulaire G)2 de l'arbre 18 à partir de la vitesse de rotation de la roue ω roue- Dans la suite du procédé, on suppose que la vitesse angulaire ω2 calculée lors de l'étape 108 reste constante. En effet, l'arbre 18 est en prise avec les roues motrices du véhicule et la vitesse du véhicule 2 peut être considérée comme constante lors de l'engagement d'un nouveau rapport de vitesses.
Ensuite, lors d'une étape 1 10, le module 44 calcule une vitesse angulaire ωimax à partir de laquelle le synchroniseur 62 peut être utilisé pour égaliser la vitesse angulaire du pignon 56 avec celle de l'arbre 18 tout en maintenant réchauffement de ce synchroniseur inférieur à une limite acceptable.
Plus précisément, la quantité d'énergie maximale Emax que peut dissiper un synchroniseur lorsque la bague 68 est dans sa position active est une donnée constructeur connue. Il est possible d'estimer la variation Aω ^ de la vitesse angulaire de l'arbre 10 correspondant à la dissipation d'une énergie égale à Emax. Par exemple, à l'aide des équations fondamentales de la dynamique appliquée aux arbres 10 et 18, la quantité d'énergie à dissiper pour égaliser la vitesse angulaire du pignon 56 avec celle de l'arbre 18 peut être estimée à l'aide de la relation suivante : E = ^[ωlim - ωlfmal]2 (1 )
où :
- E est la quantité d'énergie à dissiper pour égaliser la vitesse angulaire du pignon 56 avec celle de l'arbre 18,
- Ji est le moment d'inertie de l'arbre 10, - ωiini est la vitesse angulaire initiale de l'arbre 10 mesurée lors de l'étape 106, et - ω-i final est la vitesse angulaire de l'arbre 10 lorsque la vitesse angulaire du pignon 56 est égale à la vitesse angulaire de l'arbre 18.
La différence entre la vitesse angulaire ωi,m et ωifinaι correspond à une variation Aω -\ de la vitesse angulaire de l'arbre 10 lors de l'engagement du nouveau rapport de vitesses.
A partir de la relation (1 ) la variation Δω ^ de la vitesse angulaire de l'arbre 10 correspondant au seuil d'énergie Emax peut être estimée à l'aide de la relation suivante :
Figure imgf000012_0001
La vitesse angulaire ωifinaι est connue et peut être calculée à l'aide de la relation suivante : ωlβna, = dnxω2 (3)
Dès lors, la vitesse angulaire ω imax à partir de laquelle la bague 68 peut être déplacée dans sa première position active sans risquer de dépasser le seuil d'énergie Emax est, par exemple, estimée à l'aide de la relation suivante :
Figure imgf000012_0002
Ici, la valeur de la vitesse ω imax est ensuite encore modifiée pour obtenir une valeur ω iant qui permet de compenser le fait que :
- la commande envoyée par le module 44 à l'actionneur 90 met un temps ti pour se propager du superviseur 34 jusqu'au contrôleur 24, et
- entre l'instant où l'actionneur 90 a reçu la commande et l'instant où la bague 68 est effectivement déplacée dans sa première position active, il s'écoule encore un temps supplémentaire t2 connu sous le terme de temps de réponse. Les temps ti et t2 peuvent être déterminés expérimentalement.
En d'autres termes, la vitesse angulaire ω iant correspond à la vitesse angulaire à laquelle le module 44 doit envoyer la commande de déplacement de la bague 68 pour qu'à l'instant où la bague 68 est réellement dans sa première position active, la vitesse ωi de l'arbre 10 soit égale à la vitesse ωimax. La vitesse ωlant peut être déterminée en temps réel à partir des valeurs de ti et t2, de l'accélération ou la décélération instantanée de l'arbre 10, et de la valeur de ωimax calculée à l'aide de la relation (4).
Dès que le couple de l'arbre 10 est égal à un couple AP prédéterminé permettant le dégagement du rapport, une phase 1 14 de désengagement du rapport n2 est exécuté.
Lors de la phase 1 14, le module 44 envoie, lors d'une étape 1 16, une commande de désengagement du rapport actuellement engagé au contrôleur rapproché 24. En réponse à cette commande, le contrôleur rapproché commande les actionneurs 90 et 92 pour désengager le rapport n2. En parallèle, le module 44 commande, lors d'une étape 118, la machine 26 pour maintenir le couple AP permettant le dégagement du rapport.
Une fois que le rapport n2 a été désengagé, lors d'une étape 120, le contrôleur 24 indique au module 44 que ce rapport est désengagé.
En réponse, la phase 1 14 s'achève et une phase 124 de synchronisation de la vitesse angulaire du pignon 56 avec la vitesse angulaire de l'arbre 18 est exécutée.
Pendant toute cette phase 124, lors d'une étape 126, le module 44 commande la machine 26 pour que la vitesse ω i se rapproche le plus rapidement possible de la vitesse dni. ω2 (le symbole « . » représente ici l'opération de multiplication).
Ensuite, lors d'une étape 127, la machine 26 agit sur l'arbre 10 pour faire converger la vitesse ω i vers la vitesse dn^ ω2.
En parallèle, aux étapes 126 et 127, lors d'une étape 128, le module 44 commande l'actionneur 92 pour que celui-ci sélectionne le synchroniseur qui sera utilisé pour engager le rapport n-i.
Une fois le synchroniseur sélectionné, lors d'une étape 130, le module commande l'actionneur 90 pour que celui-ci déplace la bague 68 dans une position où les portées 70 et 74 sont proches sans pour autant être en contact. L'étape 130 permet notamment de rattraper les jeux dans le synchroniseur 62. Ensuite, lors d'une étape 132, la vitesse ωi est mesurée.
Ensuite, lors d'une étape 134, le module 44 vérifie si la vitesse OH mesurée est inférieure ou égale à ωiant- Dans la négative, le procédé retourne à l'étape 132. Dans l'affirmative, à un instant t0, lors d'une étape 136, le module 44 envoie immédiatement la commande de déplacement du synchroniseur 62 vers sa première position active.
A l'instant ti+t2 plus tard, lors d'une étape 138, le synchroniseur 62 agit pour faire converger la vitesse ω i vers la vitesse dn-|. ω2- Pendant toute la durée de l'étape 138 la portée 70 est en contact avec la portée 74 de manière à accélérer la vitesse angulaire du pignon 56.
Les étapes 127 et 138 sont exécutées en parallèle tant que la condition d'arrêt suivante n'est pas vérifiée : S0 < W1 - ω2 • dnf < S1 (5) où :
- dnf est la démultiplication du nouveau rapport de vitesses à engager, et
- S0 et Si sont des seuils prédéterminés.
Les seuils S0 et Si sont typiquement inférieurs, en valeur absolue, à 100 tours par minute et de préférence inférieurs à 50 par minute. Dès que la condition d'arrêt (5) est satisfaite, la phase 124 s'achève et une phase 140 de synchronisation résiduelle débute. Lors de la phase 140, la vitesse angulaire du pignon 56 est rendue égale à la vitesse ω2 en utilisant uniquement le synchroniseur 62.
Une fois que la vitesse angulaire du pignon 56 est égale à la vitesse angulaire de l'arbre 18, une phase 144 d'engagement est réalisée. La phase 144 est également connue sous le terme de phase de crabotage. Lors de la phase 144, la denture 82 du manchon 88 est engagée dans la denture 84 solidaire du pignon 56.
A l'issue de la phase 144, une phase 146 de reprise de couple est exécutée. Lors de la phase 146, le moteur 4 et la machine 26 sont commandés de manière à produire un couple, respectivement sur l'arbre 6, et sur l'arbre 10 égal au couple exercé sur ces mêmes arbres avant le déclenchement de la phase 100.
La figure 4 représente, sous la forme d'un chronogramme, la succession des principales phases et étapes du procédé de la figure 3. Sur ce chronogramme, les barres horizontales portent les mêmes références que les étapes correspondantes de la figure 3. Chaque barre représente la durée de la phase ou de l'étape auxquelles elles correspondent. Comme illustré, la commande de déplacement de la bague 68 dans sa position active est déclenchée à un instant t0 en avance temporelle sur l'instant t-ι+t2 auxquels la portée 70 vient effectivement frotter sur la portée 74. On remarquera également que l'étape 138 est simultanément exécutée avec l'étape 127, ce qui permet de raccourcir le temps de creux.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, la phase 146 peut être exécutée en utilisant uniquement, soit la machine électrique, soit le moteur thermique.
Les synchroniseurs ont été décrits ici dans le cas particulier où ceux-ci sont solidaires de l'arbre secondaire. En variante, ces synchroniseurs sont solidaires de l'arbre primaire.
En variante, l'instant t0 de commande du déclenchement de l'étape 138 n'est pas déterminé pour rattraper le retard dû au temps de propagation ti et au temps de réponse t2. En variante, la machine électrique tournante 26 est utilisée en lieu et place du capteur 42 pour mesurer la vitesse angulaire Co1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses entre un arbre primaire et un arbre secondaire d'une boîte de vitesses pilotée d'un véhicule automobile hybride, le véhicule automobile hybride ayant un moteur thermique et une machine électrique tournante commandable propre chacun à entraîner, en alternance, l'arbre primaire de la boîte de vitesses, la machine électrique étant équipée à cet effet d'un rotor fixé en permanence à l'arbre primaire, et la boîte de vitesses comportant au moins un synchroniseur mécanique commandable propre à être déplacé dans une position active dans laquelle il transmet par frottements du couple de l'arbre secondaire à l'arbre primaire et vice versa et une position de repos dans laquelle il ne transmet pas de couple de l'arbre secondaire vers l'arbre primaire et vice versa, le procédé comportant : - une phase (1 14) de désengagement du rapport de vitesses actuellement engagé pendant laquelle la boîte de vitesses désaccouple mécaniquement l'arbre primaire et l'arbre secondaire, puis
- une phase (124) de synchronisation des vitesses angulaires des arbres primaire et secondaire, cette phase comportant : a) une étape (127) d'action de la machine électrique pour faire converger la vitesse angulaire CCM de l'arbre primaire vers la vitesse angulaire ω2 de l'arbre secondaire multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf de vitesses à engager, et b) une étape (138) d'action du synchroniseur mécanique pour faire converger la vitesse angulaire ωi vers la vitesse angulaire ω2 multipliée par la démultiplication de boîte dnf du nouveau rapport nf,
- une phase (144) d'engagement du nouveau rapport de vitesses dès que la condition d'arrêt suivante est satisfaite : S0 < ωλ - ω2 • dnf < S1 , où S0 et Si sont des seuils prédéterminés, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont au moins en partie exécutées simultanément.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est fonction de la quantité d'énergie restant à dissiper avant que la condition d'arrêt soit satisfaite.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape b) est uniquement déclenchée si la quantité d'énergie restant à dissiper est inférieure à un seuil prédéterminé (Emax), ce seuil prédéterminé étant inférieur ou égal à la quantité maximale d'énergie que peut dissiper le synchroniseur mécanique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est également déterminé en fonction du temps de réaction d'un actionneur du synchroniseur mécanique propre à déplacer ce synchroniseur de sa position de repos vers sa position active, en réponse à une nouvelle commande de déplacement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'instant auquel est commandé le déclenchement de l'étape b) est également déterminé en fonction du temps de propagation d'une commande de déplacement du synchroniseur mécanique sur un bus de transmission d'informations, cette commande étant émise par un superviseur commun et transmise jusqu'à l'actionneur auquel elle est destinée par l'intermédiaire du bus, le superviseur commun étant propre à commander la machine électrique et l'actionneur du synchroniseur mécanique.
6. Support d'enregistrement d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour l'exécution d'un procédé d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique.
7. Système d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses entre des arbres primaire (10) et secondaire (18) d'une boîte (12) de vitesses d'un véhicule automobile hybride (2), ce système comportant : - la boîte (12) de vitesses mécaniquement accouplée entre les arbres primaire et secondaire, cette boîte comportant au moins un synchroniseur mécanique commandable (62) propre à être déplacé entre une position active dans laquelle il transmet par frottements du couple de l'arbre secondaire à l'arbre primaire et vice versa, et une position de repos dans laquelle il ne permet pas de transmettre du couple de l'arbre secondaire vers l'arbre primaire et vice versa,
- une machine électrique commandable (26) propre à entraîner en rotation, en alternance avec un moteur thermique (4), l'arbre primaire de la boîte de vitesses, cette machine électrique étant équipée d'un rotor (28) fixé en permanence à l'arbre primaire,
- un superviseur (34) apte à commander la machine électrique et la boîte de vitesses pilotée, caractérisé en ce que le superviseur (34) est apte à exécuter un procédé d'engagement d'un nouveau rapport de vitesses conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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