Brevet FR2795796A1 — publié le 20010105

1i 2795796 - La présente invention concerne un système de commande d'une boîte de vitesses mécanique d'un véhicule automobile associée à un mécanisme d'embrayage. On connaît déjà dans l'état de la technique, des systèmes de com- mande de ce type pour des boites de vitesses dites " robotisées " qui compor- tent: - des moyens d'acquisition d'informations relatives aux conditions de déplacement du véhicule, - des moyens d'acquisition d'informations relatives aux conditions de fonctionnement du moteur du véhicule, - des moyens d'acquisition d'informations relatives à l'état de com- mande de la boîte de vitesses, - des moyens d'acquisition d'informations relatives à la conduite du véhicule par le conducteur de celui-ci, et - des moyens d'analyse de ces informations pour déterminer un rap- port de boîte de vitesses et pour délivrer des ordres de commande correspon- dants de moyens d'actionnement du mécanisme d'embrayage et de la boîte de vitesses pour engager ce rapport. Dans les systèmes de commande de ce type, le mécanisme d'em- brayage et la boîte de vitesses sont donc pilotés par un calculateur qui, d'une part, détermine le rapport de boîte à engager et, d'autre part, assure la gestion du couple aux roues motrices du véhicule. On conçoit alors que le conducteur du véhicule perd la maîtrise de l'effort sur ces roues, ce qui rend relativement difficile notamment les manoeu- vres de parcage du véhicule et de démarrage en côte (manoeuvrabilité et dosa- bilité). En effet, ce type de dispositifs permet au conducteur de décider de l'instant du passage du rapport mais c'est le calculateur qui gère le débrayage et l'embrayage du mécanisme d'embrayage. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, I'invention a pour objet un système de commande d'une boîte de vitesses mécanique d'un véhicule automobile associée à un mécanisme d'embrayage, du type comportant: 2 2795796 - des moyens d'acquisition d'informations relatives aux conditions de déplacement du véhicule, - des moyens d'acquisition d'informations relatives aux conditions de fonctionnement du moteur du véhicule, - des moyens d'acquisition d'informations relatives à l'état de com- mande de la boîte de vitesses, - des moyens d'acquisition d'informations relatives à la conduite du véhicule par le conducteur de celui-ci, caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage est associé à une pédale d'embrayage/débrayage permettant au conducteur du véhicule de doser le niveau d'embrayage/débrayage de celui-ci et en ce qu'il comporte des moyens d'analyse des informations acquises, comprenant des moyens de détection de l'enfoncement de cette pédale d'embrayage/débrayage, par le conducteur, pour détecter une volonté de changement de rapport de la boîte, déterminer un nou- veau rapport de boîte et délivrer des ordres correspondants de commande de celle-ci pour engager ce rapport. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un système de commande selon l'invention; - la figure 2 illustre le fonctionnement général d'un tel système; - les figures 3, 4 et 5 illustrent l'analyse d'une volonté de changement de rapport par le conducteur du véhicule par actionnement de la pédale de frein de celui-ci; - les figures 6 et 7 illustrent l'analyse du comportement du conducteur du véhicule pour déterminer un changement de rapport de boiîte; et - la figure 8 illustre l'analyse d'un critère d'interface. On a en effet représenté sur la figure 1, la structure générale d'un système de commande d'une boîte de vitesses mécanique d'un véhicule auto- mobile associée à un mécanisme d'embrayage. Un tel système comporte différents moyens d'acquisition d'informa- tions tels que par exemple des moyens, désignés par la référence générale 1, 3 2795796 d'acquisition d'informations relatives aux conditions de déplacement du véhicule, des moyens 2 d'acquisition d'informations relatives aux conditions de fonction- nement du moteur du véhicule, des moyens 3 d'acquisition d'informations relati- ves à l'état de commande de la boîte de vitesses 4 du véhicule et des moyens désignés par la référence générale 5, d'acquisition d'informations relatives à la conduite du véhicule par le conducteur de celui-ci. Ces moyens comprennent par exemple des moyens de détection de l'activation de la pédale d'accélérateur du véhicule, désignés par la référence générale 6, des moyens de détection de l'activation de la pédale de frein du vé- hicule, désignés par la référence générale 7, et des moyens de détection de l'ac- tivation de la pédale d'embrayage/débrayage du véhicule, désignés par la réfé- rence générale 8, cette pédale étant associée au mécanisme d'embrayage asso- cié à la boîte de vitesses 4. De plus, ces moyens 5 peuvent également comporter des moyens d'acquisition d'informations supplémentaires, désignés par la référence générale 9 sur cette figure, relatifs par exemple à la sélection du mode de déplacement, au style de conduite et au comportement du conducteur, de façon classique et au régime moteur, à l'accélération du véhicule, à la vitesse de celui-ci, au rapport de boîte, etc... Ces différents moyens comprennent par exemple des organes d'en- trée d'informations, actionnables par un utilisateur et comportant par exemple des leviers à impulsions ou séquentiels, des interrupteurs, des boutons pous- soirs, etc... Ces différentes informations sont alors transmises à un calculateur désigné par la référence générale 10, adapté pour analyser ces informations afin de déterminer un rapport de boîte de vitesses et pour délivrer des ordres de commande correspondants à des moyens d'actionnement de la boîte de vitesses pour engager ce rapport. Sur cette figure 1, ces moyens sont désignés par la référence géné- raie 11 et sont donc pilotés par le calculateur 10 pour engager la boîte de vites- ses sur le rapport déterminé par le calculateur 10. Le calculateur 10 est également adapté pour piloter des moyens d'avertissement du conducteur du véhicule, désignés par la référence générale 4 2795796 12 et comprenant par exemple des moyens d'affichage du rapport de boîte en- gagé, etc... Le calculateur 10 fonctionne alors de manière classique en analysant les différentes informations acquises pour déterminer un rapport de boîte à en- gager et délivrer des ordres de commande correspondants des moyens d'action- nement 11 de la boîte de vitesses. Comme cela a été indiqué précédemment, le mécanisme d'embrayage est également associé à une pédale d'embrayage/débrayage qui permet au con- ducteur du véhicule de doser le niveau d'embrayage/débrayage de celui-ci. De plus, les moyens d'analyse formés par le calculateur 10 compren- nent des moyens de détection de l'enfoncement de cette pédale d'em- brayage/débrayage par le conducteur du véhicule pour détecter une volonté de changement de rapport de la boîte, déterminer un nouveau rapport de boîte et délivrer les ordres correspondants de commande de celle-ci pour engager ce rapport. On conçoit en effet que le conducteur du véhicule peut souhaiter dé- clencher un changement de rapport de boîte en enfonçant cette pédale d'em- brayage/débrayage. Cette volonté de changement de rapport, complétée par les informa- tions issues des différents capteurs du véhicule et de la boîte de vitesses, permet au calculateur 10 de déterminer un nouveau rapport de boîte de vitesses. Ce nouveau rapport de boîte peut alors être engagé par la boîte de vitesses sous le contrôle du calculateur ou d'un calculateur dédié. En fait, ce calculateur est adapté pour déterminer pour différents critè- res, des vecteurs d'informations contenant une information de changement de rapport de boîte souhaité, associée à un degré de confiance et pour fusionner ces différents vecteurs en fonction de priorités relatives de ceux-ci, afin d'en ex- traire une décision de changement de rapport de la boîte de vitesses. Ce fonctionnement est illustré sur la figure 2, o l'on peut constater que, après la phase d'acquisition des différentes informations mentionnées pré- cédemment, cette phase étant désignée par la référence générale 13 sur cette figure 2, le calculateur met en oeuvre une étape de traitement de ces informa- tions, désignée par la référence générale 14, au cours de laquelle, pour diffé- 2795796 rents critères par exemple au nombre de N, le calculateur détermine, pour cha- cun de ces critères, un vecteur d'informations de changement de rapport de boîte souhaité, c'est-à-dire une décision XN associée à un degré de confiance YN. Après détermination de ces différents vecteurs d'informations, le cal- culateur 10 met en oeuvre une étape de fusion de ces critères permettant d'aboutir à une décision finale de changement de rapport lors de l'étape 16, en fonction des confiances accordées aux différents vecteurs d'informations déter- minés et de leur importance relative en fonction de priorités relatives de ceux-ci. C'est ainsi par exemple que ces critères peuvent comprendre en outre des critères de sécurité, par analyse des actions du conducteur du véhicule sur la pédale de frein de celui-ci, de comportement, par analyse du comportement du conducteur du véhicule, de puissance maximale pour délivrer le plus grand po- tentiel de puissance du véhicule, d'interface, par exemple par analyse du temps s'écoulant entre le relâchement de la pédale d'accélérateur et l'enfoncement de la pédale d'embrayage du véhicule, de consommation minimale, pour permettre une consommation réduite du véhicule, d'environnement, pour adapter le fonc- tionnement du véhicule au profil de la route sur laquelle se déplace le véhicule et d'anti-patinage, pour éviter le patinage des roues motrices du véhicule, etc... L'analyse opérée par le calculateur 10 pour le critère de sécurité est 2 0 illustrée sur les figures 3, 4 et 5. Ainsi par exemple, pour ce critère de sécurité, le calculateur 10 est adapté pour délivrer une information de descente des rapports de la boîte de vitesses, avec un degré de confiance, dès que la pédale de frein est actionnée par le conducteur du véhicule et tant que celle-ci est actionnée, et avec un degré de confiance décroissant pendant une période de temps déterminée en fonction de l'amplitude de cet actionnement de la pédale, après le relâchement de cette pédale de frein. Ainsi, dès que le conducteur du véhicule appuie sur la pédale de frein du véhicule, toute demande de passage de rapport de vitesses est considérée comme une volonté de passage de rapport descendant. Pendant toute la durée du freinage, c'est-à-dire pendant la période de temps tl, tout changement de rapport souhaité est un passage descendant. 6 2795796 - Lorsque le conducteur du véhicule relâche la pédale de frein, la déci- sion de passage descendant de rapport est maintenue pendant une période de temps t2 - tl, dépendant de l'amplitude du signal, c'est-à-dire en fait de l'ampli- tude de l'enfoncement de cette pédale. Cependant, le degré de confiance dans cette décision décroît depuis sa valeur à l'instant tl à 0 à l'instant t2, après une période de temps prédéterminée. Ceci constitue le vecteur d'informations relatif au critère de sécurité. On a représenté sur les figures 6 et 7, la détermination du vecteur d'informations concernant le critère de comportement du conducteur ou d'adap- tation à la charge. Lors de cette détermination, le calculateur détermine un rapport conti- nu en fonction de l'état actuel du véhicule (AlphaPap, Vitesse véhicule) et des frontières entre les différents rapports obtenus pour un régime de fonctionnement donné du moteur. Cette décision prend en compte le rapport de boîte actuel, la position et l'évolution du point de fonctionnement courant du véhicule et les lois de pas- sage des rapports de la boîte, avec un degré de confiance établi en fonction de la proximité d'une frontière de passage de rapport et du comportement du con- ducteur. L'algorithme mis en oeuvre est illustré sur la figure 7. Sur cette figure, une flèche indique un sens de variation. En sortie, trois décisions sont donc possibles, à savoir, une décision de passage descendant de rapport (-1), une incertitude (0) et une décision de passage montant des rapports (+1). Les deux facteurs influençant le degré de confiance de la décision sont donc la proximité de l'état actuel de fonctionnement en vitesse et position du papillon des gaz du moteur (vitesse véhicule - AlphaPap) d'une frontière et la corrélation entre les lois utilisées dans l'algorithme et le style de conduite du conducteur. Un degré de confiance peut être accordé pour la décision et un autre pour le comportement du conducteur. 7 2795796 Le critère de puissance maximale doit, quant à lui, répondre à un compromis permettant de choisir un rapport de boîte de vitesses offrant la plus grande puissance instantanée et le plus grand potentiel futur (utilité). Pour ce critère, différents paramètres peuvent être utilisés comme, par exemple, le modèle moteur, c'est-à-dire en fait la cartographie, le modèle de boîte de vitesses, c'est-à-dire en fait sa démultiplication, la vitesse actuelle du véhicule, c'est-à-dire sa vitesse instantanée. En sortie, des décisions de descente d'un ou de deux rapports, d'in- certitude ou de montée d'un rapport, peuvent être prises. Ces décisions sont associées à un degré de confiance dans la satis- faction d'un compromis. Pour le critère d'interface, on analyse les actions successives du con- ducteur du véhicule sur les pédales d'accélérateur et d'embrayage et par exem- ple le temps s'écoulant entre le relâchement de la pédale d'accélérateur et l'en- foncement de la pédale d'embrayage du véhicule. Cette variable est en effet pertinente dans la détermination de la vo- lonté du conducteur du véhicule lors d'un changement de rapport. Cette analyse permet en effet de faire assez nettement la différence, du point de vue statistique, entre les passages montants et les passages des- cendants de rapports de la boîte (voir figure 8). Dans une moindre mesure, la vitesse de relâchement de la pédale d'accélérateur peut également être significative du sens de changement souhaité par le conducteur. Comme cela ressort de la figure 8, des lois normales caractérisées par une moyenne et un écart type, modélisent les relations entre ce temps et le sens du changement de rapport. Sur cette figure 8, la loi A correspond aux passages montants, tandis que la loi B correspond aux passages descendants. Cette analyse se fait donc dans un premier temps par exemple par détermination du temps s'écoulant entre ces deux actions, en fonction des posi- tions actuelles et passées de ces pédales et dans un deuxième temps, en cal- culant le degré de confiance correspondant selon les relations: 8 2795796 Confiance _ Montant = Fonction [Loi normale; passage montant (t)] Confiance_ Descendant = Fonction [Loi normale; passage descendant (t)] et enfin en délivrant en sortie, une décision de montée/descente des rapports associée à un degré de confiance correspondant. Bien entendu, d'autres modes de détermination peuvent être mis en oeuvre. On conçoit alors que le système selon l'invention présente un certain nombre d'avantages par rapport aux systèmes de l'état de la technique, car il permet de conserver la maîtrise du couple appliqué aux roues et l'instant du changement de rapport de la boîte de vitesses. Une telle structure permet également de simplifier l'interface homme/machine, en implantant par exemple des moyens simplifiés de sélection du mode de déplacement du véhicule, formés par exemple par une manette ou des boutons poussoirs, implantés par exemple sur le volant du véhicule ou au- tres. Ceci permet alors au conducteur du véhicule de conserver les deux mains sur le volant lors d'un changement de rapport de boîte de vitesses, ce qui permet d'améliorer la sécurité de conduite du véhicule. Bien entendu, d'autres modes de réalisation de ce système peuvent être envisagés. 9 2795796 -: REVENDICATIONS 1. Système de commande d'une boîte de vitesses mécanique d'un véhicule automobile associée à un mécanisme d'embrayage, du type compor- tant: - des moyens (1) d'acquisition d'informations relatives aux conditions de déplacement du véhicule, - des moyens (2) d'acquisition d'informations relatives aux conditions de fonctionnement du moteur du véhicule, - des moyens (3) d'acquisition d'informations relatives à l'état de com- mande de la boîte de vitesses (4), - des moyens (5) d'acquisition d'informations relatives à la conduite du véhicule par le conducteur de celui-ci, et caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage est associé à une pédale d'embrayage/débrayage, permettant au conducteur du véhicule de doser le niveau d'embrayage/débrayage de celui-ci et en ce qu'il comporte des moyens d'analyse (10) des informations acquises, comprenant des moyens de détection de l'enfoncement de cette pédale d'embrayage/débrayage par le conducteur, pour détecter une volonté de changement de rapport de la boîte, déterminer un nouveau rapport de boîte et délivrer les ordres correspondants de commande de celle-ci pour engager ce rapport. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour déterminer, pour différents critères, des vec- teurs d'informations contenant une information de changement de rapport sou- haité (décision XN), associée à un degré de confiance (YN), et pour fusionner (en 15) ces différents vecteurs en fonction de priorités relatives de ceux-ci, afin d'en extraire (en 16) une décision de changement du rapport de la boîte de vi- tesses automatique. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les critères comprennent en outre des critères: - de sécurité, par analyse des actions du conducteur du véhicule sur la pédale de frein de ce véhicule, - de comportement ou d'adaptation à la charge, par analyse du com- portement du conducteur du véhicule, 2795796 - - -de puissance maximale, pour délivrer le plus grand potentiel de puis- sance du véhicule, - d'interface, par analyse des actions du conducteur sur la pédale d'accélérateur et la pédale d'embrayage du véhicule, - de consommation minimale, pour permettre une consommation ré- duite du véhicule, - d'environnement, pour adapter le fonctionnement du véhicule au profil de la route sur laquelle se déplace le véhicule, - d'anti-patinage, pour éviter le patinage des roues motrices du véhi- cule. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour le critère de sécurité, les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour délivrer une in- formation de descente des rapports de la boîte de vitesses, avec un degré de confiance maximal dès que la pédale de frein est actionnée par le conducteur du véhicule et tant que celle-ci est actionnée, et avec un degré de confiance dé- croissant pendant une période de temps déterminée en fonction de l'amplitude de cet actionnement de la pédale, après le relâchement de celle-ci. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que pour le critère de comportement ou d'adaptation à la charge, les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour délivrer un rapport continu de boite de vitesses automati- que en fonction de la position du papillon des gaz (AlphaPap) du moteur du véhi- cule, de la vitesse de celui-ci, du rapport de boîte actuel, de la position et de l'évolution du point de fonctionnement courant du véhicule et des lois de passage des rapports de la boîte, avec un degré de confiance établi en fonction de la proximité d'une frontière de passage de rapport et du comportement du conduc- teur. 6. Système selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que pour le critère de puissance maximale, les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour délivrer une information de rapport de boîte de vitesses offrant la plus grande puissance instantanée et le plus grand potentiel futur à partir d'informa- tions de cartographie du moteur, de démultiplication de la boîte de vitesses et de vitesse instantanée du véhicule. 1 1 2795796 - 7. Système selon la revendication 3,4,5 ou 6, caractérisé en ce que, pour le critère d'interface, les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour analyser le temps s'écoulant entre le relâchement de la pédale d'accélérateur et l'enfon- cement de la pédale d'embrayage du véhicule par le conducteur. 8. Système selon la revendication 3,4,5 ou 6, caractérisé en ce que, pour le critère d'interface, les moyens d'analyse (10) sont adaptés pour analyser la vitesse de relâchement de la pédale d'accélérateur du véhicule par le con- ducteur. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition d'informations relatives à la con- duite du véhicule par le conducteur de celui-ci comprennent des moyens de dé- tection (6, 7, 8) de l'activation des pédales d'accélérateur, de frein et d'em- brayage/débrayage du véhicule et des moyens (9) d'entrée d'informations sup- plémentaires de conduite du véhicule relatives à la sélection du mode de dépla- cement de celui-ci, au style de conduite et au comportement du conducteur et des variables relatives au véhicule. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (9) d'entrée d'informations supplémentaires relatives à la conduite du véhicule comprennent des leviers à impulsions ou séquentiels et/ou des boutons poussoirs.