Brevet FR2766133A1 — publié le 19990122

Chaîne de traction hybride parallèle et son procédé de commande L'invention concerne un procédé de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle pour un l'entraînement d'un véhicule automobile. L'invention concerne plus particuliérement un procédé de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle pour l'entraînement d'un véhicule automobile, comportant un moteur thermique qui entraîne en rotation un premier arbre d'entrée d'une boîte de vitesses à rapports étagés par l'intermédiaire d'un embrayage, et un moteur électrique qui est susceptible d'entraîner en rotation un deuxième arbre d'entrée de la boite par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement, la chaîne de traction pouvant être commandée pour assurer l'entraînement du véhicule à l'aide du seul moteur thermique, du seul moteur électrique, ou des deux moteurs simultanément. Selon une conception classique d'une chaîne de traction hybride parallèle, les deux moteurs électrique et thermique sont reliés à un arbre d'entrée de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage à friction pour pouvoir être désaccouplés de la boîte soit lorsque l'on souhaite n'utiliser qu'un seul des deux moteurs soit lorsque l'on souhaite changer de rapports de vitesses. Toutefois, lorsque les deux moteurs sont utilisés simultanément, une opération de changements de rapports de la boîte nécessite que les deux moteurs soient désaccouplés de leurs arbres d'entrée respectifs en amenant les deux embrayages à friction vers une position de débrayage. L'opération de réembrayage se révèle alors très délicate si l'on veut éviter tout à-coups. En effet, si l'on tente de réembrayer les deux embrayages simultanément, il est très difficile d'apprécier I'adhérence instantanée de chacun des embrayages et de corriger proportionnellement le couple fourni par chacun des deux moteurs sans allonger de manière inacceptable la durée du processus de réembrayage. De plus, I'encombrement des deux embrayages à friction est relativement important. C'est pour remédier à ces inconvénients qu'il a été proposé, dans le document DE-A-44.36.383, une chaîne de traction hybride dans laquelle le moteur électrique est directement relié à une extrémité de l'arbre primaire d'une boîte de vitesses, éventuellement avec interposition d'un train d'engrenages réducteur. La boîte de vitesses est ici une boîte à deux arbres, le moteur thermique étant relié à l'autre extrémité de l'arbre primaire et l'arbre secondaire de la boîte étant relié aux roues motrices par un différentiel. Dans le document DE-A-42.01.083, il est décrit une chaîne de traction similaire qui ne diffère que par le fait que la boîte de vitesses est du type à trois arbres, le moteur thermique étant relié à l'arbre primaire et le moteur électrique à l'arbre intermédiaire qui est de toute façon solidaire en rotation de l'arbre primaire. Dans les deux cas, les chaînes de traction proposées se caractérisent par le fait que le moteur électrique ne peut être désaccouplé de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. De la sorte, même si une telle conception permet de diminuer l'encombrement de la chaîne de traction et d'en simplifier la commande, une telle chaîne de traction ne peut fonctionner en mode thermique pur de manière satisfaisante puisque, même. inactif, le moteur électrique constitue un volant d'inertie important du seul fait de la masse de son rotor, voire un frein du fait de l'éventuelle présence d'un champ magnétique rémanent. Par ailleurs, I'impossibilité de désaccoupler le moteur électrique de la boîte de vitesses pose le problème de la synchronisation au moment du passage des rapports. En effet, pour ne pas surcharger les dispositifs classiques de synchronisation de la boîte de vitesses, il est prévu dans les dispositifs selon les deux documents précédents que le moteur électrique soit utilisé pour amener l'arbre d'entrée sensiblement à la vitesse adéquate pour le passage des rapports. Cependant, pour ne pas provoquer d'àcoups, I'adaptation de la vitesse du moteur électrique ne peut commencer avant que le rapport précédemment sélectionné ne soit désengagé, et l'engagement du rapport suivant ne s'effectuer qu'une fois cette adaptation achevée. Or, dans la pratique, la durée de cette adaptation est apparue beaucoup trop importante,,inotamment lorsque le changement de rapports est commandé manuellement par le conducteur. En effet, ce dernier ressent à chaque passage d'un nouveau rapport un blocage du levier de vitesses analogue à celui qui se produit lorsque les dispositifs classiques de synchronisation sont défectueux. De plus, si l'on force le passage du nouveau rapport pour en raccourcir la durée, ce sont les dispositifs classiques qui doivent "achever" la synchronisation et qui doivent alors encaisser l'important moment d'inertie du moteur électrique, ce qui ne peut que diminuer leur durée de vie. Par ailleurs, le fait de forcer le passage de rapport est très difficile à gérer au niveau de la commande du moteur électrique et cela provoque inévitablement des à-coups. L'invention a donc pour but de proposer de nouveaux procédés de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle pour véhicule automobile qui permette à la fois de réduire l'encombrement de la chaîne de traction et d'en simplifier la commande, tout en permettant d'assurer des passages de rapports et des transitions entre les différents modes de fonctionnement exempts d'à-coups. Dans ce but, I'invention propose un procédé de commande d'une chaîne de traction du type décrit précédemment, caractérisé en ce que, avant de réaliser l'embrayage du dispositif d'accouplement, le moteur électrique est commandé pour être amené en synchronisme avec l'arbre d'entrée auquel il est destiné à être relié. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - pour une opération de changement de rapport de vitesses lorsque le moteur électrique participe à l'entraînement du véhicule, le procédé comporte notamment les étapes successives consistant à * débrayer le dispositif d'accouplement * opérer le changement de rapports de vitesses de la boîte * commander le moteur électrique pour l'amener en synchronisme avec l'arbre d'entrée auquel il est destiné à être relié * embrayer le dispositif d'accouplement. - le dispositif d'accouplement est désaccouplé pour permettre l'entraînement du véhicule par le moteur thermique seul. L'invention propose aussi un procédé de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle pour l'entraînement d'un véhicule automobile, du type dans lequel la chaîne de traction comporte un moteur thermique qui entraîne en rotation un premier arbre d'entrée d'une boîte de vitesses à rapports étagés par l'intermédiaire d'un embrayage à friction, et un moteur électrique qui est susceptible d'entraîner en rotation un deuxième arbre d'entrée de la boîte qui est lié en rotation au premier arbre, et du type dans lequel la chaîne de traction peut notamment être commandée pour assurer l'entraînement du véhicule à l'aide seulement du moteur électrique ou des deux moteurs simultanément, caractérisé en ce que, avant d'amener l'embrayage à friction vers une position d'embrayage alors que le véhicule roule et que l'embrayage à friction est précédemment en position de débrayage, le moteur thermique est commandé pour l'amener à une vitesse de rotation proche de celle de l'arbre d'entrée de la boîte auquel il est destiné à être relié. L'invention a également pour objet un chaîne de traction hybride pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, caractérisée en ce que la boîte de vitesses comporte un arbre primaire et un arbre intermédiaire qui sont liés en rotation et qui forment chacun un arbre d'entrée entraîné en rotation par l'un des moteurs. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention - la boîte de vitesses comporte un arbre primaire qui est relié par une de ses extrémités au moteur thermique et par l'autre de ses extrémités au moteur électrique - le moteur électrique est relié à l'arbre d'entrée par l'intermédiaire d'un dispositif à crabots - le moteur électrique est relié à l'arbre d'entrée par l'intermédiaire d'un embrayage à friction - la chaîne comporte un capteur de la vitesse de l'arbre d'entrée auquel est relié le moteur électrique et une unité centrale de commande qui commande le moteur électrique - le dispositif d'accouplement est robotisé - I'embrayage à friction est un embrayage robotisé ; et - la boîte de vitesses (36) est à commande robotisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel la figure unique illustre de manière schématique une chaîne de traction conforme aux enseignements de l'invention. On a représenté sur la figure unique une chaîne de traction hybride parallèle 10 pour l'entraînement d'un véhicule automobile. La chaîne de traction 10 comporte donc un moteur thermique 12, par exemple un moteur à combustion interne à pistons, et un moteur électrique 14. Le fonctionnement du moteur thermique 12, et notamment le couple qu'il fournit, est par exemple commandé par un papillon d'admission des gaz 13 tandis que le moteur électrique 14 est pourvu d'un organe de pilotage 15 qui gère l'alimentation du moteur 14 en courant électrique stocké dans une batterie d'accumulateurs 17. Le couple moteur de ces deux moteurs est transmis aux roues motrices 24 du véhicule par une boîte de vitesses 16 à rapports étagés. En l'occurrence, la boîte 16 est commandée manuellement par un levier de vitesses 18 qui agit sur un mécanisme de transmission 19, mais l'invention est aussi applicable à une boîte de vitesses à commande robotisée dans laquelle la pignonnerie de la boîte est la même mais où la commande des changements de rapport est assurée par des vérins, qui agissent sur le mécanisme de transmission 19, et non pas par un levier. Toutefois, avec une boîte de vitesses robotisée, le conducteur reste maître du moment du passage de ces rapports. La boîte 16 ici représentée comporte deux arbres. Un arbre primaire 20 forme un arbre d'entrée de la puissance et un arbre secondaire 22 forme un arbre de sortie qui est relié aux roues motrices 24 par exemple par l'intermédiaire d'un différentiel 26. L'arbre primaire 20 porte une série de pignons primaires 28 qui sont montés fous en rotation sur l'arbre et qui engrènent en permanence chacun avec un pignon secondaire 30 solidaire de l'arbre secondaire 22. Le mécanisme de transmission 19, en déplaçant des manchons baladeurs 32 montés sur l'arbre primaire 20, permet de rendre l'un des pignons primaires 28 solidaire en rotation de l'arbre primaire 20, ce qui rend les deux arbres 20, 22 solidaires l'un de l'autre, et ce qui détermine entre eux un rapport de vitesses constant. Avec cette architecture de boîte de vitesses, le moteur thermique 12 et le moteur électrique 14 sont reliés chacun à l'une des extrémités de l'arbre primaire 20 pour pouvoir en assurer l'entraînement en rotation. Toutefois, il existe une autre architecture classique pour la conception des boîtes de vitesses pour véhicule automobile. Selon cette seconde architecture (non représentée), les deux arbres primaire et secondaire sont agencés dans le prolongement axial l'un de l'autre et il est prévu un troisième arbre, dit arbre intermédiaire, qui porte les pignons primaires et qui est entraîné en rotation par l'arbre primaire. Avec une telle architecture, la chaîne de traction hybride parallèle est mise en oeuvre en accouplant l'un des deux moteurs à l'arbre primaire et l'autre à l'arbre intermédiaire. L'arbre intermédiaire joue le rôle d'un deuxième arbre d'entrée de la puissance dans la boite de vitesses. Bien entendu, I'invention peut être mise en oeuvre dans les deux architectures. De manière connue, un embrayage à friction 34 est interposé entre le moteur thermique 12 et l'arbre primaire 20. En l'occurrence, I'embrayage 34 est un embrayage robotisé qui est donc pourvu de moyens d'actionnement (non représenté) tels qu'un vérin. Au contraire, et conformément à un aspect de l'invention, le moteur électrique 14 est relié à l'arbre primaire 16 par un dispositif à crabots 36 dont l'accouplement ou le désaccouplement sont robotisés. Ainsi, il est possible de commander la chaîne de traction 10 de telle manière que seul le moteur thermique 12 soit utilisé pour assurer l'entraînement du véhicule, sans que le moteur électrique 12 reste accouplé à la boîte 16 et n'handicape l'entraînement du véhicule du fait de son moment d'inertie. Le fonctionnement de la chaîne de traction 10 est géré par une unité centrale de commande 38. L'unité centrale 38 commande notamment le moteur thermique 12 (notamment par l'intermédiaire de son papillon d'admission des gaz 13),1'embrayage robotisé 34, le dispositif à crabots robotisé 36, et le moteur électrique 14 (par l'intermédiaire de son organe de pilotage 15). Bien entendu, L'unité centrale 38 reçoit comme informations divers paramètres qui permettent de définir l'état de fonctionnement des organes qu'elle commande. Dans le cas où la boîte de vitesses 16 est robotisée, elle est aussi commandée par l'unité centrale 38. L'unité centrale 38 commande l'ensemble de ces organes en fonction des ordres transmis par le conducteur du véhicule par l'intermédiaire d'une pédale d'accélérateur 40, d'une pédale de frein 42, mais aussi en fonction du rapport de vitesses engagé et de la détection de la volonté d'un changement de rapports. Dans le cas d'une boîte de vitesses entièrement manuelle, cette dernière information peut être obtenue de manière connue par l'intermédiaire de capteurs d'efforts agencés au niveau du levier de changement de vitesses 18. Dans le cas d'une boîte de vitesses robotisée, cette information est connue directement puisque l'ordre de changement de vitesses transite par l'unité centrale 38. Par ailleurs, L'unité centrale 38 reçoit comme information d'une part la vitesse de rotation du moteur thermique 12, par l'intermédiaire d'un premier capteur 46, et d'autre part celle de l'arbre primaire 20 de la boîte de vitesses 16 par l'intermédiaire d'un second capteur 48. Si la boîte de vitesses est du type à trois arbres, le second capteur 48 détecte la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée auquel le moteur électrique 14 est destiné à être relié. Bien entendu, d'autres paramètres, tels que la vitesse du véhicule, peuvent être avantageusement communiqués à l'unité centrale 38. L'unité centrale 38 est donc charge de la mise en oeuvre du procédé de commande de la chaîne de traction, non seulement pour adapter la puissance fournie par les moteurs 12, 14 en fonction du souhait exprimé par le conducteur d'accélérer ou de décélérer, mais aussi pour choisir de privilégié l'un ou l'autre des moteurs, par exemple dans un souci d'économie de l'énergie ou d'une moindre émission de polluants. L'unité centrale 38 a aussi comme rôle de gérer les éléments de la chaîne de traction lorsque le conducteur souhaite changer de rapport de vitesses. Selon l'invention, il est proposé un nouveau procédé de commande de la chaîne de traction qui permet de réaliser, sans à-coups et sans solliciter de manière indue les éléments de la chaîne, I'accouplement du moteur électrique 14 avec l'arbre primaire 20 de la boîte de vitesses alors même que cet arbre 20 est en rotation. Lorsque le moteur électrique 14 est désaccouplé, l'arbre primaire 20 peut être en rotation soit parce qu'il est entraîné par le moteur thermique 12, soit parce que le véhicule roule et qu'un rapport de vitesses est engagé, c'est-à-dire que la boîte 16 n'est pas au point mort. Selon l'invention, l'unité centrale 38 est alors en mesure de connaître la vitesse de rotation exacte de l'arbre primaire 20 par le biais du second capteur de vitesse 48. Aussi, l'unité centrale 38 commande alors le moteur électrique 14, par l'intermédiaire de son organe de pilotage 15, de manière à ce que l'arbre moteur 50 du moteur électrique 14 soit à la même vitesse de rotation que l'arbre primaire 20. Une fois ce synchronisme réalisé, L'unité centrale 38 peut commander l'embrayage du dispositif à crabots robotisé 36 pour accoupler les deux arbres 50, 20 sans qu'il ne se produise d'à-coup. Grâce au procédé selon l'invention, il est possible d'utiliser, comme moyen d'accouplement du moteur électrique 12 à l'arbre primaire 20, un dispositif à crabots 36 sans prévoir de dispositif mécanique de synchronisation qui fait généralement appel à des surfaces de frottements. Ainsi, la gestion de l'accouplement se trouve particulièrement simplifiée car elle ne nécessite pas de gérer une phase de patinage d'un organe mécanique, ce qui est généralement très complexe. Généralement les dispositifs à crabots sont réalisés à l'aide de roues dentées que l'on amène en engrènement l'une avec l'autre pour réaliser l'accouplement. Toutefois, on considère que sont équivalents à un dispositif à crabots un coupleur électromagnétique ou un embrayage à friction qui serraient utilisés en "tout ou rien", c'est-à-dire amenés très rapidement d'un état débrayé à un état embrayé sans utiliser leur phase de patinage qui est habituellement utilisée pour assurer la synchronisation qui est ici assurée par voie électronique. Si, dans une chaîne de traction commandée selon le procédé de l'invention, on utilise entre le moteur électrique 14 et l'arbre primaire 20 un embrayage à friction, celui-ci pourra être notoirement sous-dimensionné par rapport à ce qui est connu de l'état de la technique. En effet, un embrayage friction est généralement dimensionné en fonction du couple à transmettre lors des phases de patinage qui sont les phases les plus sévères du fonctionnement d'un tel embrayage. De plus, si l'embrayage est utilisé en "tout ou rien", la loi de gestion de l'accouplement sera particulièrement simple grâce à l'invention car il n'y aura pas à tenir compte d'une éventuelle phase de patinage. Ce procédé de commande de la chaîne de traction est donc particulièrement utile pour passer d'un mode de fonctionnement où seul le moteur thermique 12 est utilisé à un mode de fonctionnement dans lequel les deux moteurs 12, 14 sont utilisés. Mais, ce procédé est aussi utilisé avec grand intérêt lors des changements de rapports de la boîte de vitesses 16. En effet, lorsque l'unité centrale 38 détecte la volonté du conducteur de changer de rapport, elle va déclencher les étapes successives suivantes qui consistent à - débrayer le dispositif à crabots 36 ( mais aussi, le cas échéant, I'embrayage à friction 34 du moteur thermique 12); - opérer le changement de rapports de vitesses de la boîte 16 (cette opération étant effectuée par le conducteur dans le cas d'une boîte 16 entièrement manuelle ou étant pilotée directement par l'unité centrale 38 si la boîte 16 est robotisée) - commander le moteur électrique 14 pour l'amener en synchronisme avec l'arbre primaire 20 ; et - embrayer à nouveau le dispositif à crabots 36 (et, éventuellement, l'embrayage à friction 34 du moteur thermique 12). Selon ce procédé, l'opération de changement de rapport proprement dite, c'est-à-dire les mouvements de la pignonnerie interne de la boîte de vitesses 16 se font sous un couple quasi nul puisque l'arbre primaire 20 est alors désaccouplé des deux moteurs 12, 14. Les dispositifs classiques de synchronisation des pignons de la boîte 16 travaillent dans les meilleures conditions pour que cette opération se réalise le plus rapidement possible avec le minimum d'usure des pièces en jeu. Par ailleurs, I'expérience montre que, une fois le nouveau rapport engagé, les passagers du véhicule ne ressentent aucun à-coups lors de l'accouplement du moteur électrique 14 qui à été préalablement synchronisé avec l'arbre primaire 20. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de commande de la chaîne de traction qui permet de réduire les contraintes imposées à l'embrayage à friction 34 qui est interposé entre le moteur thermique 12 et l'arbre primaire de la boîte de vitesses 16. En effet, selon ce procédé, il est prévu que lorsqu'il est nécessaire d'accoupler le moteur thermique 12 à l'arbre primaire alors que celui-ci est déjà en rotation, l'unité centrale 38 commande le moteur thermique 14, par l'intermédiaire par exemple du degré d'ouverture du papillon d'admission 13, pour amener l'arbre moteur 52 du moteur thermique 12 sensiblement à la même vitesse de rotation que l'arbre primaire 20. Pour cela, L'unité centrale 38 compare les informations qui lui sont transmises par les deux capteurs de vitesse 46 48, et, lorsque l'écart est inférieur à un niveau de seuil, elle commande l'embrayage à friction 34 vers son état embrayé. Ainsi, la phase de patinage de l'embrayage 34 se trouve particulièrement limitée. Cela permet donc de réduire les contraintes imposées à l'embrayage 34 et donc de réduire son dimensionnement, son encombrement et son coût. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle (10) pour l'entraînement d'un véhicule automobile, comportant un moteur thermique (12) qui entraîne en rotation un premier arbre d'entrée (20) d'une boîte de vitesses (16) à rapports étagés par l'intermédiaire d'un embrayage (34), et un moteur électrique (14) qui est susceptible d'entraîner en rotation un deuxième arbre d'entrée (20) de la boîte (16) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (36), la chaîne de traction (10) pouvant être commandée pour assurer l'entraînement du véhicule à l'aide du seul moteur thermique (12), du seul moteur électrique (14), ou des deux moteurs simultanément, caractérisé en ce que, avant de réaliser l'embrayage du dispositif d'accouplement (36), le moteur électrique (14) est commandé pour être amené en synchronisme avec l'arbre d'entrée (20) auquel il est destiné à être relié. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une opération de changement de rapport de vitesses lorsque le moteur électrique (14) participe à l'entraînement du véhicule, le procédé comporte notamment les étapes successives consistant à - débrayer le dispositif d'accouplement (36); - opérer le changement de rapports de vitesses de la boîte (16); - commander le moteur électrique (14) pour l'amener en synchronisme avec l'arbre d'entrée (20) auquel il est destiné à être relié - embrayer le dispositif d'accouplement (36). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (36) est désaccouplé pour permettre l'entraînement du véhicule par le moteur thermique (12) seul. 4. Procédé de commande d'une chaîne de traction hybride parallèle pour l'entraînement d'un véhicule automobile du type dans lequel la chaîne de traction (10) comporte un moteur thermique (12) qui entraîne en rotation un premier arbre d'entrée (20) d'une boîte de vitesses (16) à rapports étagés par l'intermédiaire d'un embrayage à friction (34), et un moteur électrique (12) qui est susceptible d'entraîner en rotation un deuxième arbre d'entrée (20) de la boîte (16) qui est lié en rotation au premier arbre (20), et du type dans lequel la chaîne de traction (10) peut notamment être commandée pour assurer l'entraînement du véhicule à l'aide seulement du moteur électrique (14) ou des deux moteurs simultanément, caractérisé en ce que, avant d'amener l'embrayage à friction (34) vers une position d'embrayage alors que le véhicule roule et que l'embrayage à friction (34) est précédemment en position de débrayage, le moteur thermique (12) est commandé pour l'amener à une vitesse de rotation proche de celle de l'arbre d'entrée (20) de la boîte (16) auquel il est destiné à être relié. 5. Chaîne de traction hybride pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boîte de vitesses comporte un arbre primaire et un arbre intermédiaire qui sont liés en rotation et qui forment chacun un arbre d'entrée entraîné en rotation par l'un des moteurs. 6. Chaîne de traction hybride pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la boîte de vitesses (16) comporte un arbre primaire (20) qui est relié par une de ses extrémités au moteur thermique (12) et par l'autre de ses extrémités au moteur électrique (14). 7. Chaîne de traction hybride selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le moteur électrique (14) est relié à l'arbre d'entrée (20) par l'intermédiaire d'un dispositif à crabots (36). 8. Chaîne de traction hybride selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le moteur électrique (14) est relié à l'arbre d'entrée (20) par l'intermédiaire d'un embrayage à friction. 9. Chaîne de traction hybride selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur de la vitesse (48) de l'arbre d'entrée (20) auquel est relié le moteur électrique (14) et une unité centrale de commande (28) qui commande le moteur électrique (14). 10. Chaîne de traction hybride selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le dispositif d'accouplement (36) est robotisé. 11. Chaîne de traction hybride selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'embrayage à friction (34) est un embrayage robotisé. 12. Chaîne de traction hybride selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que la boîte de vitesses (36) est à commande robotisée.