Brevet FR2570787A1 — publié le 19860328

DISPOSITIF DE PILOTAGE D'UNE TRANSMISSION CONTINUE La présente invention se rapporte à un dispositif de pilotage d'une transmission continue, associé à un moteur thermique et à un convertisseur inverseur, susceptible d'assurer un fonctionnem ent optimalisé selon un critère prédéterminé, tel que par exemple une consom mation d'énergie minimale. Selon l'invention le dispositif de pilotage se rapporte à une transmission continue associée à un moteur thermique et à un convertisseur inverseur dont l'arbre de turbine est, soit solidarisé avec l'arbre du réacteur pour obtenir la marche avant, soit solidarisé avec le carter pour obtenir la marche arrière. Le dispositif de pilotage, selon l'invention, génère une consigne de vitesse d'entrée du variateur pour la marche arrière, qui est différente de la consigne de vitesse d'entrée du variateur pour la marche avant; de façon à obtenir, pendant le temps de glissement du convertisseur en marche arrière, un rapport de transmission du variateur qui soit plus long que celui de la marche avant. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif est agencé de manière à ce que la consigne de vitesse est une fonction de la position des moyens d'alimentation du moteur, qu'on peut calculer à partir des caractéristiques habituelles du moteur, du convertisseur et du variateur de façon à obtenir les performances maximales. - Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de pilotage s'applique à un variateur à courroie ou à chaîne, dont les poulies sont munies de vérins hydrauliques, ledit dispositif de pilotage ayant à générer deux pressions s'exercçant rebpectivement sur les poulies primaire et secondaire dudit variateur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de pilotage comporte une unité logique associée à deux électro-vannes de modulation des pressions; l'unité logique recevant l'information position du levier de sélection, l'information sur la position des moyens d'alimentation du moteur thermique, et l'information sur la vitesse d'entrée du variateur; de façon à générer des signaux électriques sur les électro-vannes pour obtenir les pressions voulues, qui varient selon des lois connues par ailleurs. Selon un mode de réalisation de l'invention le dispositif de pilotage com porte un première vanne, qui régule la pression du vérin de la première poulie, et une deuxième vanne qui régule la pression du vérin de la deuxième poulie; l'information position du levier de sélection étant con muniqué à la première vanne, au moyen de deux cames différentes selon que le levier de sélection est en avant ou en arrière. Selon un mode de réalisation de l'invention une vanne régule la pression du vérin de la poulie primaire, qui est soumise à des forces antagonistes liées d'une part à la vitesse d'entrée du variateur et d'autre part à la position des moyens d'alimentation du moteur. Cette vanne se trouve soumise à une troisième force en marche arrière, ladite force étant obtenue en faisant agir la pression d'alimentation du frein sur un épaulement adéquat. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée, qui va suivre faite en référence aux dessins annexés sur lesuqels - la figure 1 représente le schéma d'une transmission avec convertisseur; - la figure 2 représente les courbes de variation du couple aux roues maximal en fonction de la vitesse du véhicule - la figure 3 représente la courbe de variation du couple moteur maximal en fonction de la vitesse moteur; la figure 4 représente les courbes de variation de la puissance du moteur en fonction de la vitesse moteur, et de la position des moyens d'alimentation; 49398 1il -3- - la figure 5 représente la courbe de variation d'une consigne de vitesse à l'entrée du varlateur en fonction de la position des moyens d'alimentation; - la figure 6 représente le schéma d'une transmission avec convertisseur inverseur selon l'invention; - la figure 7 représente le schéma d'une transmission selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 8 représente le schéma d'une transmission selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Considérons le groupe moto-propulseur dont le schéma est représenté sur la figure 1. Ce groupe moto-propulseur comprend - un moteur thermique 1, - un convertisseur de couple hydrodynamique à trois éléments 2, un embrayage 3, - un frein 4, - une boîte de vitesse 5 entraînée par l'arbre du réacteur 6 par l'intermédiaire des pignons 7 et 8. L'embrayage 3 permet de solidariser l'arbre de turbine 9 avec l'arbre du réacteur 6. Le convertisseur fonctionne alors en coupleur. Le frein 4 permet d'immobiliser l'arbre de turbine 9 par rapport au carter fixe 10. Le convertisseur fonctionne alors véritablement en convertisseur, c'est-à-dire avec un facteur de conversion différent de 1, mais dans ce cas le convertisseur entraîne l'arbre 6 en sens opposé. 49398 t - 4 Un tel dispossitif, qui est connu, permet donc la mise en rotation d'une inertie, ou le démarrage d'un véhicule, qui serait relié à l'arbre 11 de sortie de la botte de vitesses 5 par un système adéquat, et ceci aussi bien en marche avant qu'en marche arrière. La figure 2 montre le couple aux roues maximal C, que le dispositif de la figure 1 permet d'obtenir sur un véhicule, en fonction de sa vitesse V, la botte de vitesse étant sur son rapport de première. Le véhicule a les caractéristiques ci-après - rapport de première: 7,5 Km/h pour une vitesse de 1000 tours/min. de l'arbre 6, - longueur développée des pneumatiques égale 1,76 m, - diamètre du convertisseur égale à 227 m mn. La courbe de variation du couple moteur Cm maximal en fonction de la vitesse du moteur thermique wm est donné par la figure 3. Le convertisseur est conçu pour donner une vitesse de calage de 2300 t/min. Sur la figure 2, la courbe A montre le couple maximal disponible aux roues en marche avant. La courbe B montre le couple maximal disponible aux roues en marche arrière. La courbe R0 montre le couple neécessaire aux roues pour un véhieule ayant un poids de 1100 kg, dans une pente nulle. Ce véhicule a une résistance aux roulements de 120 N/t, et un S. Cx de 0,592 m2. Les courbes R5 et R10 sont relatives à des pentes de 5 à 10 %. On voit sur la figure 2, que les aptitudes du véhicule en marche arrière sont limitées -35 à une vitesse limite sur sol plat de 18,7 k/h, 403 I 1T676 "5 - une vitesse limite dans une pente de 5 % de 17 km/h, une vitesse limite dans une pente à 10 % de 15,6 hm/h. Nous nous intéresserons maintenant au cas o la botte de vitesse 5 est remplacée par une transmission continue, par exempke par un variateur 12 dont la poulie motrice 13 serait portée par l'arbre 6. Nous supposerons aussi que le convertisseur 2 est doté d'un embrayage de pontage 15, aui permet d'annuler le glissement dudit convertisseur 2, lorsque celui-ci devient inutile, et ainsi de réduire la conso m mation du véhicule. De telles associations de moteur thermique avec convertisseur inverseur pontable et variateur sont connues. Dans tous les cas de mise en oeuvre d'une transmission continue, un dispositif généralement automatique règle en permanence son rapport de transmission, ou mieux, sa vitesse d'entrée è. En effet, à partir de la demande de puissance du conducteur, exprimée par le déplacement d'une commande, par exemple une pédale d'accélérateur, on peut calculer, quelque soit le critère d' optimisation du fonctionnement du moteur: - une meilleure vitesse de fonctionnement, - et une certaine position de ses moyens d'alimentation. Cette position est donc en principe à établir par un dispositif adéquat et cette meilleure vitesse est à obtenir par la transmission continue, dont elle constitue une consigne de vitesse d'entrée, tout au moins en fonctionnement ponté, puisqu'alors la vitesse du moteur et la vitesse d'entrée de la transmission continue sont égales. On établit facilement que même lorsque les moyens d'alimentation du moteur sont commandés directement par le conducteur, il faut piloter la transmission continue de f&çon que sa vitesse d'entrée soit égale à une consigne fonction de la position des moyens d'alimentation du moteur. La figure 4 illustre ces propos; elle montre des courbes de variation de la puissance du moteur Pm en fonction de la vitesse moteur um, et ceci pour différentes positions 8 de ses moyens d'alimentation qui dans le cas de la figure est l'ouverture du papillon du carburateur ". Cette figure 4 montre également une ligne D de meilleur fonctionnement pour une critère qui est par exemple de moindre consommation. Il apparait que pour toute valeur de 6, c'est-à-dire pour toute valeur de a, il existe une vitesse 'm, qui place le point de fonctionnement du moteur sur la ligne de meilleur fonctionnem ent. Cette vitesse est la consigne de vitesse moteur, ou de vitesse d' entrée de la transmission continue, quand le convertisseur est ponté. La courbe E de la figure 5, indique l'allure classique d'une telle correspondance entre la valeur d'une vitesse de consigne we, et la valeur de la position des moyens d'alimentation 0, ceci tout du moins dans le cas de critère d'optimisation qui sont la consom mation, le bruit ou même les émissions. On a ainsi - pour 8 = -ralenti, uc = 1000 tr/mn., - et pour 8 = 8maximum, è = 5000 tr/mn., C es valeurs sont relatives à des motorisations classiques. Revenons maintenant au groupe moto-propulseur constitué par un moteur thermique, un convertisseur inverseur pontable, et une transmission continue. Considérons pour ce groupe moto-propulseur, un démarrage en marche avant, avec = 8maximum. On aura donc comme consigne wc = 5000 tr/mn. Or durant toute la phase de couplage, pour des dimensionnements classiques des aubages du convertisseur, le régime moteur et le régime d'entrée de la transmission continue resteront inférieur à 2500 tr/mn. environ. Durant toute cette phase, le dispositif de com mande du variateur tendra naturellement à maintenir le variateur sur son rapport le plus court qui correspond au rapport de première d'une boîte de vitesse manuelle. k7 1l en sera de même pour un démarrage en marche arrière. La vitesse d'entrée de la transmission continue ne pouvant atteindre la vitesse de consigne, elle restera en première, et les performances conférées au véhicule seront les m êm es que celles calculées précédem ments, dans le cas d'une boîte de vitesse ayant une démultiplication de première identique à celle du rapport le plus court de la transmission continue. Ainsi, il apparait qu'il n'est pas nécessaire d'avoir une stratégie de pilotage de la transmission continue en phase de démarrage, qui soit différente de la stratégie définie pour le fonctionnement ponté normal. Or on a pu établir, que si durant la phase de conversion en marche arrière, la stratégie de pilotage de la transmission continue devient celle qui est définie plus loin, on améliore la caractéristique du couple aux roues en fonction de la vitesse du véhicule. Cette stratégie paradoxale a pour effet de faire évoluer le rapport de la transmission continue vers des rapports longs. Ainsi, le couple aux roues augmente quand on accroît le rapport de la transmission continue, alors que le couple aux roues est en principe inversement proportionnel au rapport de transmission. La courbe C de la figure 2 montre l'amélioration correspondante. Sur la figure 2 on a la courbe B correspond à une transmission sur son rapport le plus court suivant 1' état de la technique,- la courbe C correspond à une transmission dérivant vers des rapports plus longs. Cette stratégie consiste encore à avoir une consigne de vitesse d'entrée pour le variateur qui soit différente de celle qui est utilisée jusqu'ici. Cette consigne de vitesse d'entrée reste néanmoins fonction de la position des moyens d'alimentation du moteur thermique, et définie à partir- des courbes moteur et des courbes caractéristiques du convertisseur. -8- L'invention correspond au pilotage d'une transmission continue associée à un moteur thermique et à un convertisseur inverseur qui donne une consigne de vitesse d'entrée du variateur en marche arrière différente de la consigne de vitesse d'entrée du variateur en marehe avant; alors que dans l'état de la technique la consigne de vitesse d'entrée du variateur est la même en marche avant et en marche arrière. Ces deux consignes de vitesses d'entrée du variateur pour la marche avant et la marche arrière sont des fonctions de la position des moyens d'alimentation du moteur, ou de la position de l'organe de com mande de puissance à la disposition du conducteur, qu'on peut afiner en prenant en compte la température du moteur la pression at m osphérique etc... La consigne de marche arrière, dont l'allure est donnée par la courbe F de la figure 5 provoque une évolution du rapport de la transmission continue à partir de son rapport le plus court, durant la phase de convention, lors d'un démarrage en marche arrière. Pour des motorisations classiques, cette courbe F passe au voisinage des points suivants - 8 8ralenti, mc 1000 tr/mn., - et e = emaximum, ec - 1500 tr/mn.. On peut ainsi comparer la courbe F avec la courbe E qui représente l'évolution de la vitesse de consigne oc pour l'état de la technique. Nous allons décrire maintenant à titre d'illustration trois modes de réalisation de l'invention s'appliquant au cas d'un variateur 12 à courroies ou à chaines, dont les poulies 13 et 14 sont munies respectivement de vérins hydrauliques 16 et 17. Le système de pilotage selon l'invention à alors à générer deux pressions s'exerçant respectivement sur les flasques coulissants des poulies 13 et 14. 4S3 I 11671 9. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, une unité logique 18 reçoit des informations: sur la position du levier de sélection 19 (neutre, avant, arrière), - position de l'accélérateur ou des moyens d'alimentation du moteur thermique, - vitesse d'entrée du variateur we. Cette unité logique 18 génère des signaux électriques pour les deux électrovannes 20 et 21. Ces deux électrovannes 20 et 21 assurent la m odulation des pressions Pi et Pj subsiste selon les lois suivantes Pi = f (e, wm, p) sur l'une des deux poulies du variateur, Pj g (e, wm, p) + PID (me - c) sur l'autre poulie du variateur. p est le rapport de transmission du variateur, et PID est la correction proportionnelle intégrale dérivée. Ainsi, on évitera par la pression Pi le glissement ou la surcharge excessive du variateur 12, et l'écart entre la vitesse d'entrée pression Pj. La correction proportionnelle intégrale dérivée PID est déterminée par la relation: -PID (ne - c) = a (we e) + I (we wec) dt + 'Y. d/dt (Cer-c) Dans cette relation a, B et Y sont des coefficients réglés par le constructeur pour donner à la régulation la stabilité la précision et la rapidité voulues. En marche avant, en marche arrière Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, une pompe à huile 27 génère une pression de ligne qui est limitée par une 493! - première vanne 22 plus ou moins perfectionnée, et qui alimente directement le vérin 17 de la poulie réceptrice 14 du variateur 12, afin qu'il n'y ait ni glissement prolongé ni surcharge exagérée. n faut noter que dans certaines réalisations particulièrement simples, le serrage est pratiquement indépendant du couple à transmettre, alors qu'il devrait théoriquement lui être proportionnel, ce qui signifie qu'il est souvent très surabondant. Cette pression de ligne est envoyée sur une deuxième vanne 23 qui alimente le vérin 17 de la poulie motrice 13 de façon à annuler l'écart entre la vitesse d' entrée réel du variateur, et une vitesse de consigne wc. La vanne 23 est soumise à deux forces antagonistes, l'une fonction de la vitesse réelle créée par la pression fournie par un tube de Pitot situé sur l'arbre d'entrée du variateur 12; l'autre force est fonction de la position e des moyens d'alimentations du moteur par un système mécanique du type came-ressort. La vitesse d'entrée de consigne we est donc ici une fonction immuable de ladite position. Pour réaliser l'invention, il suffira par exemple de relier le levier de sélection 19 qui est à la disposition du conducteur, et qui à les positions arrière-neutre-avant, à deux cames différentes 24 et 25. L'une de ces cames s'effaçant au profit de l'autre lorsque le levier de sélection 19 est déplacé de la position arrière à la position avant. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention on mettra à profit l'existence d'une vanne hydraulique 26 com mandée manuellement pour l'alimentation des vérins de l'embrayage 3 et du frein 4 associé au convertisseur inverseur 2. Sur la canalisation d'alimentation du vérin du frein 4, par exemple, une dérivation amènera la pression sur un épaulement, à calculer, du tiroir de la deuxième vanne 23 citée plus haut, de manière A-perturber l'équilibre établi précédemment. Ainsi la vanne 26 qui régule la pression du vérin 16 de la poulie primaire 13, et qui est soumise à des forces antagonistes liées d'une part à la vitesse d'entrée du variateur et d'autre part à la position des moyens d'alimentation du moteur, se trouve soumise à une troisième force en marche arrières, cette force étant obtenue en faisant agir la pression d'alimentation du frein 4 sur un épaulement adéquat. 49398 1 16 - 1 1 - REVENDIC ATIONS 1. Dispositif de pilotage d'une transmission continue associée à un moteur thermique (1) et à un convertisseur inverseur (2) dont l'arbre de turbine (9) est, soit solidaris4 avec l'arbre du réacteur (6) pour obtenir la marche avant, soit solldarisé avec le carter (10) pour obtenir la marche arrière, caract4ris4 en ce que ledit dispositif de pilotage génère une consigne de vitesse wc d'entrée du variateur (12) pour la marche arrière, qui est différente de la consigne de vitesse d'entrée du variateur pour la marche avant; de façon à obtenir, pendant le temps de glissement du convertisseur (2) en marche arrière, un rapport de transmission du variateur (12) qui s'allonge et deviennent plus long que celui de la marche avant. 2. Dispositif de pilotage selon la revendication 1 earact4rls4 en ce que la consigne de vitesse oc est une fonction de la position 0 des moyens d'alimentation du moteur (1), qu'on - peut- calculer à partir des caractéristiques habituelles du moteur, du convertisseur et du variateur de façon à obtenir les performances maximales. 3. Dispositif de pilotage selon la revendication 2 caraetéris4 en ce que la consigne de vitesse c = f2 (0) varie suivant une courbe du type de la courbe F de la figure (5) pour la marche arrière, tandis que la vitesse de consigne wc = f1 () - varie suivant une courbe E de la figure (5) pour la marche avant. 4. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il s'applique à un variateur à courroie ou à chaine (12), dont les poulies sont munies de vérins hydrauliques (16 et 17), ledit dispositif de pilotage ayant à g4n4rer deux pressions Pi et Pj s'exerçant respectivement sur les poulies primaire (13) et secondaire (1 4). 5. Dispositif de pilotage selon la revendication 4 caractéris4 en ce qu'il comporte une unité logique (18) associée à deux glectro-vannes (20 et 21) de modulation des pressions; l'unité logique (18) recevant l'infor m ation position du levier de sélection (19), l'information 49398 1 16 - 12 - position des moyens d'alimentation a du moteur thermique (1) et l'information de vitesse d'entrée du variateur "e de façon à générer des signaux électriques sur les électro-vannes pour obtenir des pressions Pi et Pj qui varient selon les lois suivantes - Pi = f (e, mm, P) - Pj= g (0, wm, p) + PID (me - wc) a vec PID (we - wc) = t (me - wc) + B f (we - ce) dt + a d/dt (we - WCi). 6. Dispositif de pilotage selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (22) qui régule la pression du vérin (17) de la deuxième poulie (14) et une vanne - (23) qui régule la pression du vérin (16) de la première poulie (13), la vanne (23) étant soumise $ des efforts fonctions de la rotation d'une came (24) ou d'une came (25) selon que le levier de sélection est en avant ou en arrière. 7. Dispositif de pilotage selon la revendication 4 caractérisé en ce que la vanne (26) qui réguIe la pression du vérin (16) de la poulie primaire (13), et qui est soumise à des forces antagonistes liées d'une part a la vitesse d'entrée du variateur et d'autre part a la position des moyens d'alimentation du moteur, se trouve soumise à un troisième force en marche arrière, cette force étant obtenue en faisant agir la pression d'alimentation du frein (4) sur un épaulement adéquat. 43"8 1 1678