Brevet FR2776969A1 — publié le 19991008

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de commande d'un changement de rapport de réduction dans une boîte de vitesses à commande manuelle associée à un moteur électrique propulsant un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé et à un tel dispositif adaptés à un véhicule du type dit "hybride parallèle" équipé d'un moteur électrique et d'un moteur à combustion interne commandés de manière à assurer, séparément ou en combinaison, la propulsion du véhicule. Lorsque l'énergie de propulsion d'un véhicule automobile est fournie, en totalité ou en partie, par un moteur électrique tel qu'un moteur asynchrone triphasé par exemple, il convient d'empêcher ce moteur de tourner à une vitesse supérieure à une vitesse nominale prédéterminée, c' est-à-dire de tourner en "surrégime". Dans le cas d'un véhicule automobile dit du type "hybride parallèle" évoqué ci-dessus, dans lequel un moteur électrique et un moteur à combustion interne sont reliés en amont d'une boîte de vitesses, un tel surrégime du moteur électrique peut résulter d'un surentraînement de son arbre de sortie par celui du moteur thermique, par exemple. Un surrégime du moteur électrique par rapport à un régime optimal ne se manifeste pas, contrairement à ce qui se passe avec un moteur thermique, par un renforcement de son émission sonore ou par une perte de puissance. Le conducteur n'étant pas alerté par la perception de ce renforcement ou de cette perte, ne modifie donc pas en conséquence le rapport de réduction de la boîte de vitesses, comme il le ferait s'il était aux commandes d'un véhicule classique propulsé par un moteur à combustion interne. Le conducteur d'un véhicule hybride, quand ce dernier est propulsé par le seul moteur électrique, peut donc ignorer que celui-ci tourne à régime élevé. Si alors la demande du conducteur en puissance motrice s'accroît, le moteur thermique peut être amené à démarrer pour fournir lui aussi de la puissance à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, ce démarrage s'effectuant dans de mauvaises conditions, le moteur thermique étant entraîné, à froid, trop vite par le moteur électrique. Le conducteur est alors surpris par un brusque accroissement du bruit émis par le véhicule. Pour empêcher un moteur électrique d'un véhicule hybride de tourner en surrégime, on connaît de la demande de brevet allemand DE-19528629 un procédé de commande qui assure une limitation du régime de ce moteur quand celui-ci est utilisé seul pour propulser le véhicule. Ce procédé consiste, quand la vitesse de rotation du moteur passe au-dessus d'un certain seuil, soit à réduire le courant d'alimentation du moteur, soit à faire basculer le fonctionnement du moteur vers un fonctionnement en générateur électrique ou en frein moteur, soit encore à actionner les freins du véhicule, automatiquement ou par l'intermédiaire de l'émission d'un signal en ce sens destiné au conducteur. Ce procédé présente plusieurs inconvénients. D'une part il provoque une limitation de la vitesse de pointe du véhicule, lorsque celui-ci roule à vitesse élevée, ce qui peut nuire au confort de conduite et à la sécurité des passagers du véhicule. D'autre part, si la survitesse du moteur électrique provient de son entraînement par le moteur thermique, il peut se faire qu'une action sur le moteur électrique seule soit insuffisante pour amener la vitesse de ce moteur en dessous du seuil de surrégime. La présente invention a pour but de fournir un procédé, et de réaliser un dispositif, de commande d'un changement de rapport de réduction dans une boîte de vitesses à commande manuelle associée à un moteur électrique propulsant un véhicule automobile, propre à empêcher une rotation du moteur en surrégime, et ceci sans que ce procédé et ce dispositif soient affectés des défauts du procédé de commande du régime du moteur évoqué cidessus. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande d'un changement de rapport de réduction dans une boîte de vitesses à commande manuelle associée à un moteur électrique propulsant un véhicule automobile, ce procédé étant remarquable en ce qu'on commande une réduction temporaire du couple délivré aux roues motrices du véhicule, par rapport au couple demandé par le conducteur de ce véhicule, pour que le conducteur engage spontanément un rapport de réduction plus élevé, si on détecte l'imminence d'un dépassement d'une vitesse prédéterminée par le moteur et si le rapport engagé lors de cette détection est différent du rapport de réduction de plus grande valeur de la boîte de vitesses. Comme on le verra plus loin, grâce à la présente invention, on ne limite pas l'utilisation du moteur électrique à vitesse élevée tout en alertant, si nécessaire, le conducteur sur l'urgence d'un changement du rapport de réduction de la boîte de vitesses. Ce changement de rapport assure un fonctionnement amélioré du moteur qui, après le changement de rapport, opère dans une zone de meilleur rendement, à la puissance demandée avant le changement. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant a) des moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur électrique et du couple demandé par le conducteur pour la propulsion du véhicule, b) des moyens de détection du rapport de réduction engagé dans la boîte de vitesses, et c) des moyens de commande du couple délivré aux roues du véhicule, sensibles auxdites mesures et audit rapport pour commander une réduction du couple délivré auxdites roues par rapport au couple demandé par le conducteur du véhicule, quand lesdits moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur indique l'imminence d'un dépassement d'une vitesse prédéterminée par celle du moteur électrique et que lesdits moyens de détection relèvent un rapport de réduction différent du rapport de plus grande valeur de ladite boîte de vitesses. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement une partie d'un véhicule automobile du type hybride parallèle, perfectionné par la présente invention, et - la figure 2 est un graphe utile à l'explication du fonctionnement du véhicule de la figure 1. Pour lever toute ambiguïté, on rappelle que l'expression "rapport de réduction" d'une boîte de vitesses, désigne le rapport de la vitesse de l'arbre de sortie à la vitesse de l'arbre d'entrée de cette boîte de vitesses. Dans une boîte de vitesses à quatre vitesses, par exemple, les première, deuxième, troisième et quatrième vitesses correspondent à des rapports évoluant de 1/12 environ à 1/1. Il en résulte que le rapport de réduction croît avec l'ordre de la vitesse. La figure 1 schématise l'organisation d'un véhicule automobile du type hybride parallèle, propulsé par un moteur électrique 1 et un moteur thermique 2. Le moteur électrique peut être un moteur asynchrone triphasé par exemple, alors que le moteur thermique peut être un moteur à combustion interne. L'arbre de sortie 3 du moteur électrique 1 est mécaniquement couplé à l'arbre d'entrée (ou arbre primaire) d'une boîte de vitesses 4 alors que l'arbre de sortie 5 du moteur à combustion interne 2 est sélectivement couplable à cet arbre d'entrée, par l'intermédiaire d'un embrayage 6. L'arbre de sortie (ou arbre secondaire) de la boîte de vitesses 4 est mécaniquement couplé à au moins une roue 7 du véhicule, pour entraîner celle-ci en rotation et assurer ainsi la propulsion du véhicule sur une surface de roulement de la roue 7. Le moteur électrique triphasé 1 est classiquement alimenté par un onduleur ou hacheur 8, lui-même alimenté en énergie électrique par une batterie 9. Classiquement encore, la gestion de l'énergie mécanique transmise aux roues motrices du véhicule, en particulier à la roue 7, est assurée par des moyens électroniques de commande 10, appelés "superviseur", qui commandent le fonctionnement des moteurs 1,2 en fonction d'un certain nombre de paramètres tels que la demande de couple formulée par le conducteur du véhicule mesurée par l'enfoncement a d'une pédale d'accélérateur 11, l'état de charge V de la batterie 9, etc... Suivant le procédé de commande selon l'invention, le superviseur 10 prend en compte le régime N du moteur électrique 1 et le rapport de réduction R engagé dans la boite de vitesses 4. Les grandeurs a, V, N, R sont délivrées au superviseur 10 par des moyens de mesure et de détection classiques bien connus de l'homme de métier. Pour commander l'énergie mécanique appliquée à la roue 7 par les moteurs, le superviseur 10 peut agir sur l'onduleur 8 par une commande "en couple", ce dernier traduisant cette information en une commande de l'intensité I et/ou de la fréquence F du courant fourni au moteur électrique 1, par exemple. Le superviseur 10 agit sur le moteur à combustion interne 2 par l'intermédiaire d'un papillon des gaz 12 motorisé. Le superviseur commande aussi l'embrayage 6, pour coupler ou découpler l'arbre de sortie du moteur 2, éventuellement avec la progressivité souhaitée. On se réfère maintenant au graphe de la figure 2 pour expliquer la stratégie développée par le procédé de commande suivant l'invention. Ce graphe illustre l'évolution d'un coefficient correcteur K variant entre 0 et 1, en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 3 du moteur électrique 1, c'est-à-dire de l'arbre primaire de la bolte de vitesses 4. Ce coefficient multiplicateur est destiné à corriger la valeur de consigne affectée par le superviseur 10 au couple appliqué à l'arbre primaire de la boîte de vitesses 4. Le graphe de la figure 2 concerne un moteur électrique pour lequel l'entrée en surrégime s'effectue à 6.000 tours/mn, cette valeur étant donnée à titre illustratif et non limitatif seulement. Dans une large gamme de vitesses (0-5500 tours/mn par exemple) le coefficient K reste à la valeur 1 et n'influe donc pas sur le couple en question, dont on sait qu'il est lié à la puissance mécanique P par la relation P = C . # où # est la vitesse angulaire de l'arbre 3. Suivant la présente invention, le conducteur est informé de l'imminence d'un dépassement par le moteur électrique 1 de sa vitesse limite (6 000 tours/mn), par une réduction temporaire commandée du couple moteur appliqué à la roue 7, par rapport au couple demandé par le conducteur, tel qu'il résulte de l'enfoncement a de la pédale d'accélérateur 11. Le conducteur est sensible à la perte de puissance motrice qui résulte de cette réduction et tend alors, instinctivement, à rétablir le niveau de puissance motrice demandé en changeant le rapport de réduction de la boîte de vitesses pour le faire évoluer vers un rapport supérieur. Ce rétablissement s'opère ainsi sans passage en surrégime du moteur électrique, conformément à un des buts de la présente invention. C'est ainsi, par exemple, que le conducteur ressentant une perte de puissance motrice alors que le rapport de réduction engagé dans la boîte de vitesses 4 est celui couramment appelé "troisième vitesse", passera instinctivement de cette vitesse à la quatrième vitesse. Contrairement à ce qui se passe dans un véhicule propulsé uniquement par un moteur à combustion interne, le conducteur d'un véhicule électrique ou hybride ne peut suivre l'accroissement du régime du moteur électrique, à un certain rapport de réduction de la boîte de vitesses, en suivant celui du bruit émis par ce moteur. Un moteur électrique fonctionnant à puissance constante à vitesse élevée, le conducteur d'un véhicule propulsé par un tel moteur n'est pas davantage alerté par une perte de puissance dans ce domaine de vitesse. La présente invention remédie à l'absence, dans un véhicule propulsé par un moteur électrique, de ces signaux classiques, par une réduction imposée du couple fourni par le moteur, en haute vitesse, réduction perçue par le conducteur et provoquant de sa part un réflexe de changement de vitesse. Comme illustré par le graphe de la figure 2, la réduction commandée du couple peut s'obtenir, par exemple, par une décroissance linéaire du coefficient K, de la valeur 1, à 5 500 tours/mn, à la valeur 0 à 6 000 tours/mn. D'autres évolutions de la valeur de K sont évidemment envisageables, pour autant qu'elles assurent la réduction souhaitée. La réduction de couple en cause peut être obtenue soit par une commande du couple développé par le seul moteur électrique 1, soit par une commande du couple développé par le moteur à combustion interne 2 si celui-ci est couplé à l'arbre primaire 3 de la boîte de vitesses à travers l'embrayage 6, soit encore par une commande simultanée des couples développés par les deux moteurs, qui s'ajoutent au niveau de l'arbre 3. Ces commandes sont assurées par le superviseur 10, par l'intermédiaire du papillon motorisé 12 du moteur 2 à combustion interne et par l'intermédiaire d'une commande appropriée de l'intensité I et/ou de la fréquence F du courant électrique délivré par l'onduleur 8 au moteur électrique 1. Le superviseur est durent programmé pour commander le couple appliqué à l'arbre primaire, à partir d'informations représentatives, notamment - du rapport R engagé dans la boîte de vitesses 4 - du couple demandé par le conducteur (enfoncement a de la pédale 11) - de la vitesse N de l'arbre primaire 3. Dans le cas d'un véhicule équipé d'une boîte de vitesses à quatre rapports, par exemple, la stratégie de commande est la suivante : si le rapport engagé dans la boîte correspond à l'une des première, deuxième et troisième vitesses et qu'un couple positif est demandé par le conducteur, le couple de consigne est celui demandé par celui-ci, affecté du coefficient multiplicateur K donné par le graphe de la figure 2 en fonction de la vitesse N du moteur électrique. C'est ainsi qu'à l'approche du régime limite, le couple commandé sera progressivement réduit, suivant l'invention, pour inciter le conducteur à changer de vitesse. Si par contre le rapport engagé dans la boîte de vitesses correspond à la quatrième vitesse, le couple commandé par le superviseur et égal à celui demandé, aucune correction n'étant appliquée à ce dernier. On évite ainsi, conformément à un des buts de l'invention, de réduire la puissance du véhicule à vitesse élevée, alors qu'une incrémentation du rapport de réduction n'est, de toute façon, pas possible. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que si le procédé de commande de changement de vitesses suivant l'invention a été décrit cidessus essentiellement pour un véhicule du type hybride parallèle, il est évidemment applicable à un véhicule hybride série ou encore à un véhicule à propulsion purement électrique, par exemple, pour que la conduite de ce véhicule se rapproche de celle d'un véhicule propulsé classiquement par un moteur à combustion interne. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un changement de rapport de réduction dans une boite de vitesses (4) à commande manuelle associée à un moteur électrique (1) propulsant un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on commande une réduction temporaire du couple délivré aux roues motrices du véhicule, par rapport au couple demandé par le conducteur de ce véhicule, pour que le conducteur engage spontanément un rapport de réduction (R) plus élevé, si on détecte l'imminence d'un dépassement d'une vitesse prédéterminée par le moteur (1) et si le rapport (R) engagé lors de cette détection est différent du rapport de réduction le plus élevé de la boîte de vitesses. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite réduction temporaire du couple délivré aux roues motrices du véhicule est obtenue par une commande en couple du moteur électrique (1). 3. Procédé conforme à la revendication 1, adapté à un véhicule automobile du type hybride comprenant en outre un moteur à combustion interne (2) sélectivement couplable à l'arbre de sortie (3) du moteur électrique (1), caractérisé en ce que ladite réduction temporaire du couple délivré aux roues motrices (7) est obtenue par la commande en couple du moteur électrique (1) et/ou du moteur à combustion interne (2). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens de mesure de la vitesse de rotation (N) du moteur électrique et du couple demandé par le conducteur pour la propulsion du véhicule, b) des moyens de détection du rapport de réduction (R) engagé dans la boîte de vitesses (4), et c) des moyens de commande (10) du couple délivré aux roues (7) du véhicule, sensibles auxdites mesures et audit rapport (R) pour commander une réduction temporaire du couple délivré auxdites roues (7) par rapport au couple demandé par le conducteur du véhicule, quand lesdits moyens de mesure de la vitesse (N) de rotation du moteur indique l'imminence d'un dépassement d'une vitesse prédéterminée par celle du moteur électrique (1), et que lesdits moyens de détection relèvent un rapport de réduction (R) différent du rapport de plus grande valeur de ladite boîte de vitesses. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moteur électrique (1) est un moteur asynchrone triphasé alimenté par un onduleur (8), et en ce que lesdits moyens de commande (10) agissent sur ledit onduleur (8) pour assurer la commande en couple dudit moteur (1). 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, adapté à un véhicule automobile du type hybride comprenant en outre un moteur à combustion interne (2) sélectivement couplable à l'arbre de sortie (3), du moteur électrique (1), caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) agissent sur ledit moteur électrique (1) et/ou sur ledit moteur à combustion interne (2). 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) gèrent la distribution de l'énergie délivrée par les moteurs (1, 2) aux roues (7) du véhicule. 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) agissent sur ledit moteur à combustion interne (8) par l'intermédiaire d'un boîtier papillon motorisé (12). 9. Véhicule automobile équipé d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 8.