WO2012104558A1 - Procede de protection d'un embrayage de vehicule et vehicule associe - Google Patents

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Ridouane Habbani
Florian Galinaud
Gaetan Rocq
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Definitions

  • the invention relates to a hybrid vehicle clutch protection method and the associated vehicle.
  • the invention is particularly intended to prevent the temperature rise of the clutch of the engine block when the vehicle is in rolling situation at low speed.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of hybrid vehicles 4x4 four-wheel drive.
  • Hybrid vehicles comprising a traction train formed by a heat engine, a gearbox connected to one of the trains of the vehicle, and a clutch connected on the one hand to the heat engine and on the other hand to the gearbox are known. speeds.
  • This engine can be mechanically associated with a front electric machine.
  • This electric machine of the alternator / starter type makes it possible in particular to recharge the batteries of the vehicle and start the engine. In certain life situations, this machine can even participate in the traction of the vehicle.
  • These vehicles also comprise an electric machine ensuring the traction of the rear axle via a gearbox and a coupling device for example dog-type.
  • a gearbox for example dog-type.
  • front-wheel drive and rear-wheel drive are mechanically independent of each other.
  • the invention aims to save additional short gear on a hybrid vehicle. [09] In addition, this method also increases the life of the clutch.
  • the invention relates to a method for protecting a clutch of a hybrid vehicle comprising:
  • a traction chain formed by a heat engine, a gearbox connected to one of the trains of the vehicle, and a clutch connected on the one hand to the engine and on the other hand to the gearbox,
  • the torque requested by the driver being distributed initially between the heat engine and the electric machine according to a first torque distribution
  • the sum of the torques applied by the engine and the electric machine on the front and rear trains remains constant and follows the torque requested by the user.
  • a maximum torque value of the electric machine is defined which must not be exceeded.
  • This maximum torque value of the electric machine can be set at 60% of the torque applied by the heat engine in the first torque distribution.
  • the temperature threshold is of the order of 150 degrees.
  • the method may for example be set up for the progression at very low speed ( ⁇ 7km / h).
  • the method may for example be implemented to improve the life of the clutch.
  • the method can for example be implemented to save a short gear required for 4x4 only thermal to ensure the progression at very low speed ( ⁇ 7km / h).
  • Figure 1 a schematic representation of a hybrid vehicle implementing the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the different steps of the method according to the invention for obtaining the modification of the distribution of the engine torque as a function of the temperature of the clutch;
  • Figure 3 a time diagram showing the evolution of the temperature, the speed and the distribution of the torque between the front axle and the rear axle of the vehicle of Figure 1;
  • Figure 4 graphical representations, for different torque distributions, of the possible operating time of the clutch before it becomes dangerously hot depending on the speed of the vehicle.
  • Figure 1 shows a hybrid vehicle 1 on which the invention can be used comprising a front axle 2 and a rear axle 3 mechanically independent of one another.
  • a conventional powertrain 4 ensures the traction of the front axle 2 of the vehicle. More specifically, this group 4 comprises a thermal engine 5 in connection with a manual gearbox 7 controlled by means of a conventional clutch 6 for example a clutch with dry or wet lining. This gearbox 7 is connected to the front axle 2 via a lowering bridge (not shown). Alternatively, the group 4 power train could include an automatic gearbox 7.
  • an electrical machine 8 is mechanically associated with the thermal engine. This machine 8 recharges the vehicle batteries, starting the engine 5 and if it is necessary the traction of the front axle 2 by providing torque (boost mode).
  • a starter 9 is used to start the engine 5 in case of very low temperatures in the case where the machine before 8 is not able to perform this function. If necessary, an air conditioning system 10 is mechanically connected to the engine 5 and the machine before 8.
  • an electric machine 1 1 ensures the traction of the rear axle 3 of the vehicle.
  • the machine 1 1 is connected to the rear axle 3 via a clutch 12 and a set 13 of gearing.
  • This clutch 12 takes for example the form of a clutch, while the set 13 of gear ratio is single report, although it could alternatively have several reports.
  • the two machines 8 and 1 1 are interconnected via an electrical network. More specifically, the machines 8 and 11 are connected to a high-voltage battery 14 by means of an inverter 15 capable of chopping the DC voltage of the battery 14 to power the electrical machines 8 and 11 when the latter are operating in accordance with the invention. motor mode. When these electrical machines 8 and 1 1 operate in generator mode to recharge the battery 14, the inverter 15 is capable of transform the AC voltage produced by the machines 8 and 1 1 into DC voltage applied to the terminals of the battery 14.
  • the battery 14 is connected to a DC / DC converter 16 which transforms the high voltage DC voltage of the battery 14 into a voltage acceptable by the choke 9 and by a low voltage battery 17 connected to the vehicle edge network 18.
  • the vehicle 1 is equipped with a conventional braking control system 19 of type ESP or ABS to manage the braking forces in case of emergency braking, to ensure the control of the trajectory of the vehicle and / or to avoid wheel lock.
  • a conventional braking control system 19 of type ESP or ABS to manage the braking forces in case of emergency braking, to ensure the control of the trajectory of the vehicle and / or to avoid wheel lock.
  • Figure 2 shows schematically the distribution of the torque requested by the user 22 between the heat engine 5 and the electric machine 1 1 as a function of the temperature of the clutch 6.
  • This diagram is divided into two distinct parts: the part 20 which represents the control part surrounded by broken lines and the part 21 which represents the operative part of the vehicle 1.
  • the arrow 22 indicates the torque commanded by the user which requires a torque distribution module 23 to distribute the torque on the front 2 and rear 3 trains.
  • This module 23 sends the instruction 24 of the engine speed to the engine 5. The module 23 also sends the setpoint 26 of the clutch torque 6.
  • a module 30 estimates the temperature 25 of the clutch 6 from the measurement 28 of the engine speed and the measurement 29 of the clutch torque 6. This temperature 25 is transmitted to the module 23 which distributes the torque between both sets of traction optimally.
  • the distribution module 23 imposes a torque setpoint 27 on the electric motor 1 1 which provides a torque C2 to the vehicle 1. So he is it is possible to reduce the torque C1 supplied by the heat engine 5, which makes it possible to limit heating of the clutch 6.
  • Figure 3 shows, as a function of time, the distribution of the couples C1 and C2, the variations in the temperature of the clutch, and the variations in the speed of the engine.
  • the module 30 detects a high temperature T of the clutch 6, that is to say a temperature above a threshold for example of the order of 150 degrees. This changes the distribution of the couples C1 and C2, a portion of the thermal torque C1 being transferred to the electric machine 1 1.
  • the difference between the R speed of the engine 5 and the speed 34 of the vehicle decreases.
  • the sum of the pairs C1 and C2 remains constant and equal to the torque requested by the user 22 on the phases P1, P2 and P3.
  • the torque C1 tends to decrease linearly while the torque C2 increases to compensate for this decrease in torque.
  • the shaded area represents the temperature gain achieved on the clutch 6 by the invention.
  • the curve 36 was obtained when 30% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 37 was obtained when 40% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 38 was obtained when 50% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 39 was obtained when 60% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 40 was obtained when 70% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 41 was obtained when 80% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 42 was obtained when 90% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.
  • the curve 43 was obtained when 100% of the torque 22 is applied to the heat engine 5.

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Abstract

L'invention concerne essentiellement un procédé technique pour protéger l'embrayage (6) d'un véhicule (1) de type 4x4 hybride comprenant un moteur thermique (5) qui assure la traction d'un des trains (2) du véhicule (1) et une machine électrique (11) qui assure la traction de l'autre train (3). Le procédé de l'invention permet de rediriger une partie du couple du moteur thermique (5) sur la machine électrique (11) lorsque la température de l'embrayage (6) est trop importante.

Description

PROCEDE DE PROTECTION D'UN EMBRAYAGE DE VEHICULE ET
VEHICULE ASSOCIE
[01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[02] L'invention concerne un procédé de protection d'embrayage de véhicule hybride ainsi que le véhicule associé. L'invention a notamment pour but de prévenir l'élévation de température de l'embrayage du bloc moteur thermique lorsque le véhicule est en situation de roulage à faible vitesse. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules hybrides à quatre roues motrices de type 4x4.
[03] ETAT DE LA TECHNIQUE
[04] On connaît des véhicules hybrides comportant une chaîne de traction formée par un moteur thermique, une boîte de vitesses reliée à un des trains du véhicule, et un embrayage relié d'une part au moteur thermique et d'autre part à la boîte de vitesses. Ce moteur peut être associé mécaniquement à une machine électrique avant. Cette machine électrique de type alterno/démarreur permet notamment de recharger les batteries du véhicule et démarrer le moteur thermique. Dans certaines situations de vie, cette machine peut même participer à la traction du véhicule.
[05] Ces véhicules comportent également une machine électrique assurant la traction du train arrière via un réducteur et un dispositif d'accouplement par exemple de type crabot. Par opposition aux véhicules 4x4 traditionnels, la traction du train avant et la traction du train arrière sont indépendantes mécaniquement l'une de l'autre.
[06] Généralement sur les véhicules 4X4 traditionnels, pour permettre de progresser à très basse vitesse (4km/h) sans endommager l'embrayage, il est nécessaire d'ajouter un rapport très court de première.
[07] OBJET DE L'INVENTION
[08] L'invention vise à économiser la démultiplication courte supplémentaire sur un véhicule hybride. [09] De plus, ce procédé permet également d'augmenter la durée de vie de l'embrayage.
[010] A cet effet, l'invention concerne un procédé de protection d'un embrayage d'un véhicule hybride comprenant :
- une chaîne de traction formée par un moteur thermique, une boîte de vitesses reliée à un des trains du véhicule, et un embrayage relié d'une part au moteur thermique et d'autre part à la boîte de vitesses,
- une machine électrique destinée à assurer la traction de l'autre train du véhicule,
- le couple demandé par le conducteur étant réparti initialement entre le moteur thermique et la machine électrique suivant une première répartition de couple,
caractérisé en ce que
- lorsque la température de l'embrayage devient supérieure à un seuil, une partie du couple du moteur thermique est transférée vers la machine électrique suivant une deuxième répartition de couple.
[011] Selon une mise en œuvre, dans la première et la deuxième répartition de couple, la somme des couples appliqués par le moteur thermique et la machine électrique sur les trains avant et arrière reste constante et suit le couple demandé par l'utilisateur.
[012] La vitesse du véhicule, dépendant à la fois du couple de l'essieu avant et du couple de l'essieu arrière, reste donc constante entre les répartitions initiale et finale mais aussi pour toutes les répartitions intermédiaires.
[013] Selon une mise en œuvre, dans la deuxième répartition de couple, on définit une valeur maximale de couple de la machine électrique à ne pas dépasser. Cette valeur maximale de couple de la machine électrique peut être fixée à 60% du couple appliqué par le moteur thermique dans la première répartition de couple.
[014] Selon une mise en œuvre, le seuil de température est de l'ordre de 150 degrés. [015] Selon une mise en œuvre, le procédé peut par exemple être mis en place pour la progression à très basse vitesse (<7km/h).
[016] Selon une mise en œuvre, le procédé peut par exemple être mis en place pour améliorer la durée de vie de l'embrayage.
[017] Selon une mise en œuvre, le procédé peut par exemple être mis en place pour économiser une démultiplication courte nécessaire pour les 4x4 uniquement thermique afin d'assurer la progression à très basse vitesse (<7km/h).
[018] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent :
[020] Figure 1 : une représentation schématique d'un véhicule hybride mettant en œuvre l'invention ;
[021] Figure 2 : une représentation schématique des différentes étapes du procédé selon l'invention permettant d'obtenir la modification de la répartition du couple moteur en fonction de la température de l'embrayage ;
[022] Figure 3 : un diagramme temporel montrant l'évolution de la température, du régime et de la répartition du couple entre le train avant et le train arrière du véhicule de la Figure 1 ;
[023] Figure 4 : des représentations graphiques, pour différentes répartitions de couple, du temps de fonctionnement possible de l'embrayage avant que celui-ci ne devienne dangereusement chaud en fonction de la vitesse du véhicule.
[024] Les éléments identiques, similaires ou analogues, conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre.
[025] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [026] La Figure 1 montre un véhicule 1 hybride sur lequel l'invention peut être utilisée comportant un train avant 2 et un train arrière 3 indépendants mécaniquement l'un de l'autre.
[027] Un groupe moto-propulseur 4 classique assure la traction du train avant 2 du véhicule. Plus précisément, ce groupe 4 comporte un moteur 5 thermique en relation avec une boîte de vitesses manuelle 7 pilotée par l'intermédiaire d'un embrayage 6 classique par exemple un embrayage à garniture sec ou humide. Cette boîte de vitesses 7 est reliée au train avant 2 par l'intermédiaire d'une descente de pont (non représentée). En variante, le groupe 4 moto-propulseur pourrait comporter une boîte de vitesses 7 automatique.
[028] Par ailleurs, une machine électrique 8 est associée mécaniquement au moteur 5 thermique. Cette machine 8 assure la recharge des batteries du véhicule, le démarrage du moteur 5 et s'il y a lieu la traction du train avant 2 en fournissant du couple (mode boost).
[029] Un starter 9 est utilisé pour démarrer le moteur 5 en cas de températures très basses dans le cas où la machine avant 8 n'est pas capable d'assurer cette fonction. Si besoin, un système de climatisation 10 est relié mécaniquement au moteur 5 et à la machine avant 8.
[030] En outre, une machine électrique 1 1 assure la traction du train arrière 3 du véhicule. A cet effet, la machine 1 1 est reliée au train arrière 3 par l'intermédiaire d'un embrayage 12 et d'un ensemble 13 de démultiplication. Cet embrayage 12 prend par exemple la forme d'un crabot, tandis que l'ensemble 13 de démultiplication est à rapport unique, même s'il pourrait en variante présenter plusieurs rapports.
[031] Les deux machines 8 et 1 1 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un réseau électrique. Plus précisément, les machines 8 et 1 1 sont reliées à une batterie 14 haute tension par l'intermédiaire d'un onduleur 15 capable de hacher la tension continue de la batterie 14 pour alimenter les machines 8 et 1 1 électriques lorsque ces dernières fonctionnent en mode moteur. Lorsque ces machines électriques 8 et 1 1 fonctionnent en mode générateur pour recharger la batterie 14, l'onduleur 15 est capable de transformer la tension alternative produite par les machines 8 et 1 1 en tension continue appliquée sur les bornes de la batterie 14.
[032] La batterie 14 est connectée à un convertisseur 16 continu/continu qui transforme la tension continue haute tension de la batterie 14 en une tension acceptable par le starter 9 et par une batterie 17 basse tension connectée au réseau 18 de bord du véhicule.
[033] De préférence, le véhicule 1 est équipé d'un système 19 de régulation de freinage classique de type ESP ou ABS permettant de gérer les efforts de freinage en cas de freinage d'urgence, afin d'assurer le contrôle de la trajectoire du véhicule et/ou d'éviter le blocage des roues.
[034] La Figure 2 montre schématiquement la répartition du couple demandé par l'utilisateur 22 entre le moteur thermique 5 et la machine électrique 1 1 en fonction de la température de l'embrayage 6.
[035] Ce schéma est divisé en deux parties distinctes : la partie 20 qui représente la partie de commande entourée de traits discontinus et la partie 21 qui représente la partie opérative du véhicule 1 .
[036] La flèche 22 indique le couple commandé par l'utilisateur qui impose à un module 23 de répartition de couple de répartir le couple sur les trains avant 2 et arrière 3.
[037] Ce module 23 envoie la consigne 24 du régime moteur vers le moteur thermique 5. Le module 23 envoie également la consigne 26 du couple de l'embrayage 6.
[038] Un module 30 estime la température 25 de l'embrayage 6 à partir de la mesure 28 du régime moteur et de la mesure 29 du couple de l'embrayage 6. Cette température 25 est transmise au module 23 qui répartit le couple entre les deux trains de traction de manière optimale.
[039] A cet effet, lorsque la température de l'embrayage dépasse un seuil, le module 23 de répartition impose une consigne 27 de couple sur le moteur électrique 1 1 qui fournit un couple C2 au véhicule 1 . Il est alors possible de diminuer le couple C1 fourni par le moteur thermique 5, ce qui permet de limiter échauffement de l'embrayage 6.
[040] On note par ailleurs que la vitesse 34 du véhicule 1 est prise en compte par la partie opérative 20 dans le calcul de répartition des couples C1 et C2.
[041] La Figure 3 montre, en fonction du temps, la répartition des couples C1 et C2, les variations de la température de l'embrayage, et les variations du régime du moteur thermique.
[042] Dans une première phase P1 , la température T de l'embrayage 6 augmente puisque le véhicule utilise uniquement le couple C1 du moteur thermique 5 pour satisfaire à la commande de l'utilisateur 22. Le couple C2 de la machine électrique 1 1 est ainsi nul.
[043] A l'instant t1 , le module 30 détecte une température T élevée de l'embrayage 6, c'est-à-dire une température supérieure à un seuil par exemple de l'ordre de 150 degrés. Cela change la répartition des couples C1 et C2, une partie du couple thermique C1 étant transférée à la machine électrique 1 1 . L'écart entre le régime R du moteur thermique 5 et la vitesse 34 du véhicule diminue. On note que la somme des couples C1 et C2 reste constante et égale au couple demandé par l'utilisateur 22 sur les phases P1 , P2 et P3. Dans la phase P2, on voit clairement que le couple C1 a tendance à diminuer de manière linéaire tandis que le couple C2 augmente pour compenser cette diminution de couple. Dans la phase P2, la zone hachurée représente le gain en température réalisé sur l'embrayage 6 par l'invention.
[044] A l'instante t2, la machine électrique 1 1 atteint une limite de charge qui bloque la montée du couple C2 mais également du couple C1 puisque leur somme est constante. La zone hachurée de la troisième phase P3 représentant le gain en température est de plus en plus importante au cours du temps ce qui atteste de l'efficacité 35 de l'invention. L'écart entre le régime R du moteur thermique 5 et la vitesse 34 du véhicule reste constant dans cette phase P3. [045] La Figure 4 révèle l'intérêt de l'invention en termes de gain de temps avant que l'embrayage 6 ne chauffe. Pour cet exemple pratique la température limite de chauffe est mesurée à 250 degrés. Des expériences ont été menées pour différentes vitesses 34 du véhicule 1 . Pour chaque vitesses, le temps avant que l'embrayage 6 ne chauffe a été reporté. Ces expériences ont été réalisées pour différentes répartitions du couple.
La courbe 36 a été obtenue lorsque 30% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 37 a été obtenue lorsque 40% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 38 a été obtenue lorsque 50% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 39 a été obtenue lorsque 60% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 40 a été obtenue lorsque 70% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 41 a été obtenue lorsque 80% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 42 a été obtenue lorsque 90% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
La courbe 43 a été obtenue lorsque 100% du couple 22 est appliqué sur le moteur thermique 5.
[046] Ces courbes révèlent que plus la vitesse de déplacement du véhicule est réduite plus le temps avant que l'embrayage 6 ne chauffe est réduit. Il est cependant possible d'améliorer ce délai en répartissant une partie du couple C1 du moteur thermique 5 vers la machine électrique 1 1 . Dans tout ces cas pratiques, plus le pourcentage du couple C1 est réparti sur la machine électrique 1 1 plus le temps avant que l'embrayage 6 ne chauffe est important.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de protection d'un embrayage (6) d'un véhicule hybride comprenant :
- une chaîne de traction (4) formée par un moteur thermique (5), une boîte de vitesses (7) reliée à un des trains du véhicule, et un embrayage (6) relié d'une part au moteur thermique (5) et d'autre part à la boîte de vitesses,
- une machine électrique (1 1 ) destinée à assurer la traction de l'autre train du véhicule,
- le couple (22) demandé par le conducteur étant réparti initialement entre le moteur thermique (5) et la machine électrique (1 1 ) suivant une première répartition de couple,
caractérisé en ce que
- lorsque la température de l'embrayage (6) devient supérieure à un seuil, une partie du couple du moteur thermique (5) est transférée vers la machine électrique (1 1 ) suivant une deuxième répartition de couple, et en ce que
- dans la première et la deuxième répartition de couple, la somme des couples appliqués par le moteur thermique (5) et la machine électrique (1 1 ) sur les trains avant (2) et arrière (3) reste constante et suit le couple (22) demandé par l'utilisateur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans la deuxième répartition de couple, on définit une valeur maximale de couple de la machine électrique (1 1 ) à ne pas dépasser.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur maximale de couple de la machine électrique vaut 60% du couple appliqué par le moteur thermique dans la première répartition de couple.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le seuil de température est de l'ordre de 150 degrés.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pour la progression à très basse vitesse.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à 7km/h.
7. Véhicule mettant en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
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