Brevet FR2803359A1 — publié le 20010706

La présente invention concerne un procédé pour déterminer le rapport d'une boîte de vitesses automatique faisant partie d'une ligne de transmission d'un véhicule au- tomobile, selon lequel on fournit, par un appareil de com- mande, les paramètres de fonctionnement du véhicule, notamment des unités faisant partie de la ligne de transmis- sion pour obtenir le rapport de transmission. Etat de la technique Le développement de l'automatisation des unités composant une ligne de transmission de véhicule automobile exige de plus en plus une commande coordonnée de ces unités. Pour cela, on enregistre usuellement les paramètres de fonc- tionnement du véhicule, notamment des unités installées dans la ligne de transmission dans un appareil de commande; on exploite ces paramètres et on fournit des grandeurs de consi- gne correspondant aux unités. Comme unité automatisée il y a par exemple le moteur du véhicule, son embrayage, mais égale- ment sa boîte de vitesses automatique. Dans ce dernier cas, il est particulièrement difficile d'adapter le couple dispo- nible au niveau des roues du véhicule aux nécessités effecti- ves, car une charge instantanée du véhicule ne peut être prise en compte que de manière insuffisante avec les procédés actuels. La prise en compte déficiente est principalement liée à la difficulté qu'il y a à définir de manière suffisam- ment précise la charge instantanée du véhicule. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le rapport de trans- mission de la boîte de vitesses est fixé en fonction d'une charge instantanée du véhicule. Le procédé selon l'invention pour déterminer le rapport de transmission d'une boîte de vitesses automatique installée dans la ligne de transmission d'un véhicule automo- bile permet de concevoir le comportement de roulement du vé- hicule de manière beaucoup plus confortable pendant le changement de rapport. Du fait que le rapport de la boîte de vitesses se fixe en fonction de la charge instantanée du vé- hicule, on peut éviter par exemple une chute de couple au dé- but d'une pente ou une charge de traction trop élevée. De façon avantageuse, on introduit la charge ins- tantanée du véhicule dans une courbe caractéristique KLDKI de réglage du volet d'étranglement. De plus, pour déterminer le rapport de transmission (i), on définit une courbe caracté- ristique corrigée (KLDKI,k) obtenue selon la règle de calcul suivante: KLDKI k = KLDKI * [(S + R)- DKImax - S * DKI] DKImax S représentant un écartement, R un coefficient résiduel et DKImax, une position maximale du volet d'étranglement. Il est particulièrement intéressant d'introduire la charge instantanée du véhicule dans la courbe caractéris- tique du réglage de la position du volet d'étranglement. A partir de la courbe caractéristique on obtient le rapport de transmission nécessaire. La courbe caractéristique ainsi ob- tenue peut se corriger de manière préférentielle à l'aide de facteurs appropriés. Cela permet de fournir au conducteur du véhicule, quelle que soit la situation, lorsqu'il enfonce la pédale d'accélérateur, une accélération maximale. Pour déter- miner la charge instantanée du véhicule, il faut définir le comportement en montée et le comportement en descente, la 2s charge supplémentaire et la résistance de roulement, pour en déduire le rapport à sélectionner. A l'aide des grandeurs in- diquées ci-dessus on peut en outre déterminer une accéléra- tion du véhicule qui est une mesure de la charge instantanée du véhicule. Les caractéristiques pour la démultiplication peuvent ainsi se fixer en fonction de l'accélération. Selon un développement préférentiel du procédé, l'accélération arrive sous la forme d'une différence d'accélération dans la détermination de la courbe caractéris- tique. L'accélération différentielle correspond à la diffé- rence entre l'accélération attendue et l'accélération effective. De manière avantageuse, on fait tout d'abord la moyenne de l'accélération attendue puis on la normalise. Ainsi par exemple, on introduit l'accélération attendue sous la forme d'une accélération normalisée anorm calculée selon la règle de calcul suivante: amoy anorm =- amax dans laquelle amoy est une valeur moyenne de l'accélération attendue et amax est l'accélération différentielle sous la charge maximale. L'accélération attendue aerw peut résulter de la formule suivante: Mres aerw= Mres aquer mfzgerdyn dans laquelle Mres est un couple de réserve, mfzg une masse du véhicule, rdyn un rayon dynamique de roue, et aquer une ac- célération transversale. Le couple de réserve peut s'obtenir selon la relation suivante: Mres = Mroue - Mfw dans laquelle Mroue est un couple résultant de roue et Mfw un couple résistant de roulement. On a une prédiction particulièrement exacte de l'accélération attendue à l'aide de paramètres de fonctionne- ment comme par exemple le rayon dynamique de la roue, de l'accélération transversale, du couple résultant de la roue et du couple résistant de roulement. Le couple résistant de roulement peut se définir en fonction de la vitesse du véhi- cule en partant d'une courbe caractéristique qui a été prise pour le véhicule non chargé circulant en plaine. Avantageusement le couple de roues résultant est déterminé en fonction du couple de sortie de l'arbre de sor- tie de la boîte de vitesses, de la démultiplication de l'essieu arrière et du couple de rotation de roues. Les gran- deurs ci-dessus peuvent se déterminer de manière avantageuse à partir d'un gradient, d'une vitesse de rotation de roues, d'un moment d'inertie des roues, du nombre de roues, d'un coefficient d'amplification d'un convertisseur et du couple fourni par le moteur. Ainsi selon l'invention, le couple de roues ré- sultant Mroue s'obtient par la relation suivante: Mroue = Mab ' ihi - Mroue,rot dans laquelle Mab est un couple de sortie, ihi une démulti- plication de l'essieu arrière et Mroue,rot un couple de rota- tion de roues; le couple de rotation de roues Mrouerot se détermine suivant la relation: Md Mrouerot=dnroue Jrouea r a 27 roue, rot=- dt dans laquelle dnroue/dt est un gradient de la vitesse de ro- tation de roues, Jroue est un moment d'inertie des roues et r est un nombre de roues; le couple de sortie Mab est donné par la relation suivante: Mab = Mtur ' i dans laquelle Mtur est un couple de turbine et i est un rap- port actuel de la boîte de vitesse, et le couple de turbines Mtur est donné par la formule suivante: Mtur = WV À (Mmot - Mmot,rot) dans laquelle WV est une amplification du convertisseur, Mmot est un couple moteur, et Mmot,rot est un couple de rotation du moteur, le coefficient d'amplification de conversion WV étant donné par la formule suivante: WV nmot ntur dans laquelle nmot est une vitesse de rotation du moteur et ntur une vitesse de rotation de la turbine. Enfin, le couple de rotation du moteur Mmot,rot est donné par la formule sui- vante: M d mot,rot= dn tmot+Jtur)-2 dt dans laquelle dnmot/dt est un gradient de la vitesse de rota- tion du moteur, Jmot un moment d'inertie du moteur et Jtur un moment d'inertie de la turbine. La procédure décrite ci-dessus donne une valeur particulièrement proche de la valeur réelle pour la charge instantanée du véhicule. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'unités faisant partie de la ligne de transmission d'un véhicule automo- bile, - la figure 2 montre un ordinogramme pour déterminer un rap- port de transmission, - la figure 3 montre la courbe caractéristique corrigée pour le réglage du volet d'étranglement. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 donne un schéma de principe des uni- tés 10 essentielles à l'entraînement d'un véhicule. Il s'agit du moteur 12 du véhicule, d'un convertisseur de couple ou em- brayage encore appelé ci-après turbine 14, d'une boîte de vi- tesses 16 ainsi que d'un essieu arrière 18 avec un différentiel et des roues. Le moteur 12 du véhicule fournit un couple moteur Mmot transmis par son arbre de sortie 20 à la turbine 14. La turbine 14 transforme le couple moteur Mmot en un couple de turbine Mtur et le transmet à l'arbre d'entrée 22 d'une boîte de vitesses. Suivant le rapport de démultiplication (i) dans la boîte de vitesses (16), on transfère le couple de sortie Mab à l'arbre de sortie de boîte de vitesses 24; cet arbre coopère avec le différentiel de l'essieu arrière 18. On dispose ainsi du couple de roues Mroue, nécessaire au niveau des roues pour entraîner le véhi- cule. La boîte de vitesses 16 est une boîte automati- que, une boîte à commutation automatique (ASG) ou un varia- teur (CVT) dont le rapport (i) à régler se détermine selon le procédé suivant. Pour cela, on associe un appareil de com- mande 26 aux différents composants des unités 10 associées à la ligne de transmission. A l'aide de l'appareil de commande 26 on définit et on exploite de manière connue en soi les pa- ramètres de fonctionnement des unités 10 et du véhicule. Ci- après, on prédéfinit les grandeurs de consigne des paramètres de fonctionnement pour les unités 10. La façon de réguler les différentes unités 10 à l'aide de pilotes appropriés sont des moyens suffisamment connus selon l'état de la technique et ne seront pas détaillés ici. Pour déterminer le rapport (i) de la boîte de vi- tesses 16 il faut tout d'abord déterminer une charge instan- tanée du véhicule (voir l'ordinogramme de la figure 2). On a constaté qu'une accélération (a) du véhicule est une mesure de la charge instantanée du véhicule. L'accélération (a) dé- pend elle-même d'une accélération prévue aerw. L'accélération prévue aerw peut se définir à l'aide d'un modèle simplifié de véhicule selon lequel les pertes mécaniques et thermiques ainsi que le couple des arbres d'entraînement et de la boîte de vitesses 16 sont négligés. De plus, on compte une demande de puissance des accessoires comme par exemple l'alternateur ou l'installation de climatisation comme faisant partie de la charge. L'accélération prévisible aerw est déterminée avec les grandeurs d'entrée disponibles dans l'appareil de com- mande 26, à savoir le régime nmot et le couple Mmot du mo- teur, la vitesse de rotation ntur de la turbine, la vitesse de rotation de sortie nab et la vitesse de rotation des roues nroue que l'on obtient selon le procédé suivant: On détermine tout d'abord un couple de rotation de moteur Mmot,rot selon la règle de calcul suivante M d(I) mot,rot= dnm t (Jmot +Jtur) 27 dt dans cette formule, dnmot/dt est le gradient de la vitesse de rotation du moteur nmot; Jmot et Jtur représentent les mo- ments d'inertie du moteur 12 et de la turbine 14. Il faut en outre définir un coefficient de conversion WV selon la rela- tion WV = nmot (II) ntur dans cette formule, ntur est la vitesse de rotation de la turbine 14. A l'aide des équations (I) et (II) on obtient le couple de turbines Mtur selon la relation suivante: Mtur = WV À (Mmot Mmot,rot) (III) L'équation (III) se simplifie pour une commuta- tion car alors Mtur = Mmot. On peut ensuite en déduire un couple de sortie Mab en fonction du rapport de transmission (i) actuel de la boîte de vitesses 16 selon la relation: Mab = Mtur * i (IV) Il est en outre nécessaire de déterminer un cou- ple de rotation de roues Mroue,rot à partir d'un gradient de la vitesse de rotation de roues nroue, du moment d'inertie Jroue des roues multiplié par le nombre de roue (r) selon la relation suivante: Mroue,rot= dnroue. Jroue r.2 r (V) dt A partir des équations (IV) et (V), en tenant compte du rapport de démultiplication de l'essieu arrière ihi on détermine le couple de roues résultant Mroue selon la rè- gle de calcul suivante: Mroue = Mab ihi - Mroue, rot (VI) L'influence de la résistance de roulement sur la charge instantanée du véhicule se calcule à l'aide d'une courbe caractéristique KLfw qui a été enregistrée pour un vé- hicule non chargé circulant en plaine et qui représente une résistance de l'air et de roulement sous la forme d'un couple de résistance de roulement Mfw. La caractéristique KLfw se détermine en fonction d'une vitesse de véhicule Vfzg. A par- tir du couple de roues résultant Mroue et du couple de résis- tance de roulement Mfw on obtient alors le couple de réserve disponible Mres selon la règle de calcul suivante: Mres = Mroue - Mfw. (VII) Connaissant la masse mfzg du véhicule à l'état non chargé et le rayon de roue dynamique rdyn on en déduit l'accélération prévisible aerw selon la formule suivante: e (VIII) Mres@ aerw - mfz g'rdyn Au passage d'une courbe, le véhicule est en outre freiné de sorte que l'accélération longitudinale aerw dimi- nue. Une mesure de la réduction correspond à l'accélération transversale aquer qui se mesure directement ou indirectement en fonction de la vitesse de rotation de roue nroue. Enfin, on peut déterminer de cette manière une accélération longitu- dinale corrigée prévisible aerw,k selon la relation sui- vante: aerw,k = aerw - aquer (IX) L'accélération longitudinale aerw,k ainsi obtenue est ensuite comparée à une accélération effective aréel et donne une différence d'accélération adiff: adiff = aerw,k - aréel (X) L'accélération effective aréel est obtenue par déviation de la vitesse du véhicule Vfzg ou encore en utili- sant les gradients de vitesse de rotation de roues déjà cal- culés et le rayon de roue dynamique rdyn. Il s'est avéré comme avantageux de faire tout d'abord la moyenne de l'accélération différentielle adiff à l'aide d'un filtre de valeur moyenne sur un intervalle de temps donné, par exemple 1 seconde. L'accélération moyenne amoy ainsi obtenue est ensuite convertie en une accélération normalisée sans unité anorm en ce qu'on divise cette accélé- ration moyenne par une différence d'accélération représentant une charge maximale selon la formule suivante: aomamoy (XI) anorm =- amax L'accélération normalisée anorm, obtenue de cette manière permet de décaler une courbe caractéristique KLDKI pour le réglage du volet d'étranglement DKI. A partir de la courbe caractéristique KLDKI on extrait le rapport (i) à ré- gler. En pratique, il s'est avéré comme avantageux de fixer la courbe caractéristique KLDKI avec des facteurs dé- pendant du volet d'étranglement comme par exemple l'écartement S et un facteur résiduel R selon la relation suivante: KLDKIk = KLDKI [(S + R) a DKImax - S a DKI](XII) DKImax Dans cette formule DKImax représente une valeur maximale de la position du volet d'étranglement DKI (voir fi- gure 3). On évite ainsi que les courbes caractéristiques KLDKI soient décalées au niveau des petites valeurs du volet d'étranglement DKI plus faiblement que dans la zone des va- leurs importantes du volet d'étranglement DKI, de sorte que globalement le conducteur, qui enfonce sa pédale d'accélérateur, obtient une accélération maximale. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé pour déterminer le rapport d'une boîte de vites- ses automatique faisant partie d'une ligne de transmission d'un véhicule automobile, selon lequel on fournit, par un ap- pareil de commande, les paramètres de fonctionnement du véhi- cule, notamment des unités faisant partie de la ligne de transmission pour obtenir le rapport de transmission, caractérisé en ce que le rapport de transmission (i) de la boîte de vitesses est fixé en fonction d'une charge instantanée du véhicule. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on introduit la charge instantanée du véhicule dans une courbe caractéristique KLDKI de réglage du volet d'étran- glement (DKI). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour déterminer le rapport de transmission (i), on définit une courbe caractéristique corrigée KLDKI,k obtenue selon la règle de calcul suivante: KLDKIk = KLDKI À [(S + R) À DKImax - S À DKI] DKImax S représentant un écartement, R un coefficient résiduel et DKImax, une position maximale du volet d'étranglement. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu' on fixe les courbes caractéristiques (KLDKI, KLDKI,k) en fonc- tion d'une accélération (a) du véhicule qui est une mesure de la charge instantanée du véhicule. 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on introduit l'accélération (a) sous la forme d'une diffé- rence d'accélération adiff calculée selon la règle suivante: adiff = aerw, k - aréel dans laquelle aerw une accélération attendue et aréel est l'accélération effective. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on introduit l'accélération attendue (aerw) sous la forme d'une accélération normalisée anorm calculée selon la règle de calcul suivante: nomamoy anorm -- amax dans laquelle amoy est une valeur moyenne de l'accélération attendue (aerw) et amax est l'accélération différentielle (adiff) sous la charge maximale. 7 ) Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'accélération attendue aerw résulte de la formule suivante: Mres aerw = -aquer mfzg'rdyn dans laquelle Mres est un couple de réserve, mfzg une masse du véhicule, rdyn un rayon dynamique de roue, et aquer une ac- célération transversale. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le couple de réserve (Mres) s'obtient selon la relation sui- vante: Mres = Mroue - Mfw dans laquelle Mroue est un couple résultant de roue et Mfw un couple résistant de roulement. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le couple résistant de roulement (Mfw) se définit en fonction d'une vitesse du véhicule (Vfzg) à partir d'une courbe carac- téristique (KLfw) qui a été enregistrée pour un véhicule non chargé circulant en plaine. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le couple de roues résultant Mroue s'obtient par la relation suivante: Mroue = Mab ' ihi - Mroue,rot dans laquelle Mab est un couple de sortie, ihi une démulti- plication de l'essieu arrière et Mroue,rot un couple de rota- tion de roues. 11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le couple de rotation de roues Mroue,rot se détermine suivant la relation: Mroue, rot= dnroue. roue r 2 dt dans laquelle dnroue/dt est un gradient de la vitesse de ro- tation de roues (nroue), Jroue est un moment d'inertie des roues et r est un nombre de roues. 12 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le couple de sortie Mab est donné par la relation suivante: Mab = Mtur ' i dans laquelle Mtur est un couple de turbine et i est un rap- port actuel de la boîte de vitesse. 13 ) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que i0 le couple de turbines Mtur est donné par la formule sui- vante: Mtur = WV ' (Mmot - Mmot,rot) dans laquelle WV est une amplification du convertisseur, Mmot est un couple moteur, et Mmotrot est un couple de rotation du moteur. 14 ) Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le coefficient d'amplification de conversion WV est donné par la formule suivante: WV = nmot ntur dans laquelle nmot est une vitesse de rotation du moteur et ntur une vitesse de rotation de la turbine. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que le couple de rotation du moteur Mmot,rot est donné par la formule suivante: M dn mot, rot- 'dmot (Jmot Jtur) 2n dt dans laquelle dnmot/dt est un gradient de la vitesse de rota- tion du moteur, Jmot un moment d'inertie du moteur et Jtur un moment d'inertie de la turbine.