Brevet FR2823384A1 — publié le 20021011

Dispositif électronique d'actionnement, en particulier pour une boîte de vitesses robotisée toute électrique. L'invention concerne les dispositifs électroniques d'actionnement. Elle s'applique avantageusement mais non limitativement aux boîtes de vitesses robotisées. Dans les boîtes de vitesses robotisées, on dénombre trois actions : l'action d'embrayage, l'action d'engagement du rapport et celle de la sélection de la ligne. Ces trois actions nécessitent trois actionneurs. Et, les solutions existantes à trois actionneurs nécessitent toutes trois électroniques de puissance. L'invention vise à réduire le nombre d'électroniques de puissance, de façon à obtenir un gain en coût et en encombrement. L'invention propose donc un dispositif électronique d'actionnement, comprenant plusieurs actionneurs différents et des moyens de commande de ces actionneurs. Selon une caractéristique générale de l'invention, les actionneurs sont connectés en série ou en parallèle et les moyens de commande comportent un seul circuit électronique de puissance, par exemple un pont en H. En d'autres termes, l'invention consiste en l'utilisation d'une seule électronique de puissance pour commander à tour de rôle un ensemble d'actionneurs. Au sens de la présente invention, le terme "actionneurs"désigne toutes machines électriques (moteurs à balais, moteurs sans balais biphasés ou triphasés, actionneurs linéaires à prise directe à réluctance variable, à induction et à aimants, et d'une façon générale tout type d'actionneurs alimentés par un pont à deux ou trois bras. L'invention s'applique ainsi particulièrement à la transmission robotisée où les actions d'engagement et de sélection s'effectuent tour à tour, et nécessitent des actionneurs électriques de taille sensiblement équivalente. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit électronique de puissance comporte un pont de transistors en H, et les actionneurs sont connectés en série entre les deux points milieu du pont. Les moyens de commande comportent en outre un interrupteur connecté en parallèle aux bornes de chaque actionneur, cet interrupteur étant commandable bi-directionnellement en courant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit électronique de puissance comporte un pont de transistors en H et les actionneurs sont connectés en parallèle entre les deux points milieu du pont. Les moyens de commande comportent en outre un interrupteur connecté en série avec chaque actionneur et commandable bidirectionnellement en courant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit électronique de puissance comporte un pont de transistors en H et les actionneurs sont connectés en parallèle entre les deux points milieu du pont. Les moyens de commande comportent en outre un commutateur possédant une première borne connectée à l'un des points milieu du pont, et une série de deuxièmes bornes respectivement connectées aux différents actionneurs, le commutateur étant commandable bidirectionnellement en courant. Selon encore un mode de réalisation de l'invention, le circuit électronique de puissance comporte un pont de transistors à trois bras. Les actionneurs sont des actionneurs triphasés connectés en parallèle aux trois points milieu des trois bras du pont. Les moyens de commande comportent en outre au moins deux interrupteurs respectivement connectés en série entre deux des trois points milieu et deux des trois bornes de chaque actionneur, chaque interrupteur étant commandable bidirectionnellement en courant. D'une façon générale, les transistors de puissance peuvent être des transistors MOS, des transistors IGBT ou bien des transistors bipolaires. Par ailleurs, les interrupteurs commandables bidirectionnellement en courant peuvent être des interrupteurs lents, du type relais, ou bien formés en association de deux transistors, ou d'un transistor dans un pont de diodes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention, utilisant deux actionneurs en série ; - les figures 2,2a à 2c et 3 illustrent respectivement d'autres modes de réalisation de l'invention, utilisant deux actionneurs parallèles ; - la figure 4 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention, utilisant deux actionneurs triphasés en parallèle ; - la figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, utilisant également deux actionneurs triphasés en parallèle ; et - les figures 6,6a, 6b, et 7 à 9 illustrent d'autres modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, les références PI à P4 désignent quatre interrupteurs rapides de puissance, montés en pont en H entre la tension d'alimentation Vcc et la masse. Ces interrupteurs rapides peuvent être par exemple des transistors MOS. Entre les deux points milieu 012 et 034 des deux bras du pont en H, sont connectés en série deux actionneurs Ml et M2. Par ailleurs, outre le circuit électronique de puissance formé des quatre interrupteurs rapides PI, P4, les moyens de commande comportent deux interrupteurs lents Tl et T2, respectivement connectés en parallèle aux bornes des deux actionneurs Ml et M2. Ces deux interrupteurs lents peuvent être des relais, par exemple. Des moyens de contrôle (non représentés ici à des fins de simplification), et par exemple réalisés au sein d'un microprocesseur, délivrent aux différents interrupteurs rapides et lents du système les différents signaux de contrôle, permettant de fermer ou d'ouvrir chaque interrupteur. Ainsi, dans le cas illustré sur la figure 1, pour mettre les actionneurs Ml et M2 à l'arrêt, les moyens de contrôle délivrent aux interrupteurs Pl à P4 et Tl et T2 des signaux de contrôle permettant de les mettre en position ouvert (comme illustré sur la figure 1). Lorsque l'on souhaite mettre l'actionneur Ml en marche et conserver l'actionneur M2 à l'arrêt, on pilote les interrupteurs Pl à P4, on ferme l'interrupteur T2 et on ouvre l'interrupteur Tl. Lorsque l'on souhaite mettre l'actionneur M2 en marche et conserver l'actionneur Ml à l'arrêt, on pilote les interrupteurs Pl à P4, on ferme l'interrupteur Tl et on ouvre l'interrupteur T2. Sur le montage illustré sur la figure 2, les deux actionneurs Ml et M2 sont connectés en parallèle entre les deux points milieu 012 et 034 du pont en H. Par ailleurs, l'interrupteur Tl est connecté entre le point milieu 012 et l'actionneur Ml, tandis que l'interrupteur T2 est connecté en série entre l'actionneur M2 et le point milieu 034. Lorsque les actionneurs Ml et M2 doivent être à l'arrêt, on ouvre les interrupteurs Tl, T2 et Pl à P4. Lorsque l'on souhaite faire fonctionner l'actionneur Ml et conserver l'actionneur M2 à l'arrêt, on pilote les interrupteurs Pl à P4 du pont, on ferme l'interrupteur Tl et on ouvre l'interrupteur T2. Lorsque l'on souhaite faire fonctionner l'actionneur M2 et conserver l'actionneur Ml à l'arrêt, on pilote les interrupteurs Pl à P4, on ferme l'interrupteur T2 et on ouvre l'interrupteur Tl. On va maintenant décrire, en se référant plus particulièrement aux figures 2a à 2c, une application de l'invention à la commande de l'action d'engagement et de sélection d'une boîte de vitesses robotisée. On désigne par"système à présélection", tout système permettant de masquer le temps de sélection de la ligne. La présélection permet de réduire le temps de déplacement de l'axe de commande lors de la sélection. L'opération de sélection de la ligne s'opère alors très rapidement. Sur la figure 2a, on illustre le principe de pilotage d'un changement de rapport sans changement de ligne (par exemple pour passer de la première vitesse à la deuxième vitesse). Sur la figure 2a (mais aussi sur les figures 2b, 2c, 6a, 6b) l'expression"Cde Ti"désigne le signal commande de l'interrupteur Ti. Pour un transistor MOS par exemple, il s'agit de sa tension grille-source. Une fois la butée d'embrayage déplacée au-delà du point de léchage, on ferme l'interrupteur Tl, on ouvre l'interrupteur T2 et on pilote les interrupteurs Pl à P4 de façon à décraboter le rapport engagé, et à déplacer le baladeur jusqu'à la synchronisation. On pilote les interrupeurs Pl à P4 de façon à synchroniser les arbres primaire et secondaire, et une fois la synchronisation effectuée, on crabote le nouveau rapport en pilotant toujours les interrupteurs Pl à P4. Enfin, on réembraye. La figure 2b illustre le principe de pilotage d'un changement de rapport avec changement de ligne (par exemple pour passer de la deuxième vitesse à la troisième vitesse), et ce avec un système sans présélection. Une fois la butée d'embrayage déplacée au-delà du point de léchage, on ferme l'interrupteur Tl, on ouvre l'interrupteur T2 et on pilote les interrupteurs Pl à P4 de façon à décraboter le rapport engagé, et à déplacer le baladeur jusqu'au point mort. On ferme l'interrupteur T2, on ouvre l'interrupteur Tl et on pilote ensuite les interrupteurs Pl à P4 de façon à déplacer l'axe de commande. C'est la sélection. Une fois le changement de ligne effectué, on ferme l'interrupteur Tl, on ouvre l'interrupteur T2 et on commande les interrupteurs Pl à P4 pour déplacer le baladeur jusqu'à la synchronisation. En jouant toujours sur les interrupteurs Pl à P4, on synchronise les arbres primaire et secondaire et on crabote le nouveau rapport. Enfin, on réembraye. La figure 2c illustre le principe de pilotage d'un changement rapport avec changement de ligne (par exemple pour passer de la deuxième vitesse à la troisième vitesse) et ce avec un système avec présélection. Pendant la phase de débrayage, on effectue la pré-sélection en fermant l'interrupteur T2, en ouvrant l'interrupteur Tl et en pilotant les interrupteurs Pl à P4. Une fois la pré-sélection terminée, on ouvre les interrupteurs Pl à P4 et T2. Pendant ce temps le débrayage continue. Une fois la butée d'embrayage déplacée au-delà du point de léchage, on ferme l'interrupteur Tl, et on pilote les interrupteurs Pl à P4 de façon à décraboter le rapport engagé, et à déplacer le baladeur. On commande les interrupteurs Pl à P4 de façon à déplacer le baladeur jusqu'à la synchronisation. Puis on synchronise et on crabote le nouveau rapport en jouant sur les interrupteurs Pl à P4. Enfin, on réembraye. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, les interrupteurs Tl et T2 sont remplacés par un commutateur T ayant une première borne connectée au point milieu 012 et une série de deux deuxièmes bornes référencées 1 et 2, respectivement connectées aux deux actionneurs Ml et M2. Lorsque Ml et M2 doivent être à l'arrêt, les interrupteurs Pl à P4 sont ouverts. Lorsque Ml doit être en fonctionnement et M2 à l'arrêt, on pilote les interrupteurs Pl à P4 et on place le commutateur T dans la position 1, tandis qu'on place l'interrupteur T en position 2 lorsque l'actionneur M2 doit être en fonctionnement et l'actionneur Ml à l'arrêt. Sur la figure 4, les deux actionneurs Ml et M2 sont des actionneurs triphasés et le circuit électronique de puissance est formé d'un pont à trois bras comportant les six interrupteurs rapides de puissance Pl à P6. L'actionneur Ml est connecté par l'intermédiaire de trois interrupteurs lents Tl, T2 et T3, commandables bi-directionnellement en courant, aux trois points milieu des trois bras du pont. Il en est de même pour l'actionneur M2, par l'intermédiaire des trois interrupteurs lents Tl à T6. Ceci étant, ce montage peut se simplifier, les interrupteurs T3 et T6 pouvant être supprimés, de façon à obtenir l'architecture illustrée sur la figure 5. Lorsque Ml et M2 sont à l'arrêt, les interrupteurs Pl à P6 et Tl à T6 sont ouverts. Lorsque Ml est en fonctionnement et M2 à l'arrêt, les interrupteurs Pl à P6 sont pilotés, les interrupteurs Tl à T3 sont fermés et les interrupteurs T4 à T6 sont ouverts. Lorsque l'actionneur M2 doit être en fonctionnement et l'actionneur Ml à l'arrêt, les interrupteurs PI à P6 sont pilotés, les interrupteurs T4 à T6 sont fermés et les interrupteurs Tl à T3 sont ouverts. Sur le schéma de la figure 5, les interrupteurs Tl et T4 peuvent être remplacés par un interrupteur à trois points. Il en est de même pour les interrupteurs T2 et T5. L'invention permet de réduire le nombre d'interrupteurs dit "rapide" (MOS ou IGBT). Ainsi, pour une application à deux actionneurs biphasés, on passe d'un montage comprenant dans l'art antérieur huit interrupteurs rapides, à un montage à quatre interrupteurs rapides et deux interrupteurs lents (relais,...). Par ailleurs, l'utilisation d'un seul pont permet un gain de place et de coût en divisant par deux les composants de filtrage, les capteurs de courant et l'électronique associée, les amplificateurs (drivers) des transistors et la logique de pilotage. Dans une application à une boîte de vitesses robotisée où des actionneurs différents sont utilisés séquentiellement, ces actionneurs faisant partie du même système, c'est la même unité centrale qui pilote ces différents actionneurs. Il est donc facile de regrouper les différents circuits de commande. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais en embrasse toutes les variantes. Ainsi, l'invention peut s'étendre à un nombre d'actionneurs supérieur ou égal à deux, par exemple égal à trois ou quatre, voire plus. Pour une application à la transmission robotisée, on peut prévoir une association série ou parallèle des trois actionneurs (engagement, sélection et embrayage). Plus précisément, la figure 6 décrit un montage parallèle à trois actionneurs. Sur la figure 6, et à titre d'exemple, on considère que l'actionneur Ml représente l'engagement, l'actionneur M2 la sélection et l'actionneur M3 l'embrayage. La figure 6a illustre un changement de vitesse avec changement de ligne et ce dans un système sans présélection. Le montage permet alors un gain de cinq interrupteurs et drivers associés. La figure 6b illustre le même changement de vitesse avec changement de ligne, mais cette fois-ci avec un système avec présélection. La figure 7 illustre un montage série avec trois actionneurs. Le pilotage des interrupteurs Tl et T2 est inversé par rapport au fonctionnement du montage en parallèle. Plus précisément, lorsque l'on souhaite piloter l'actionneur Ml, on ferme les interrupteurs T2 et T3, on ouvre l'interrupteur Tl et on commande les interrupteurs Pl à P4. Lorsqu'on souhaite piloter l'actionneur M2, on ferme les interrupteurs Tl et T3, on ouvre l'interrupeur T2 et on commande les interrupteurs Pl à P4. Lorsqu'on souhaite piloter l'actionneur M2, on ferme les interrupteurs Tl et T2, ou ouvre l'interrupteur T3, et on commande les interrupteurs Pl à P4. La figure 8 illustre une autre variante de l'invention utilisant un montage en parallèle. Dans cette variante, on remplace les interrupteurs Tl, T2 et T3 par deux interrupteurs à trois points RI et R2. Il peut s'agir de relais trois points ou de commutateurs rotatifs. Le pilotage des interrupteurs est alors très simple. Lorsqu'on souhaite piloter l'actionneur Ml, on place l'interrupteur RI sur la position 1 et l'interrupteur R2 sur la position 1. Lorsqu'on souhaite piloter l'actionneur M2, on place l'interrupteur RI sur la position 2 et l'interrupteur R2 sur la position 1. Lorsqu'on souhaite piloter l'actionneur M3, on place l'interrupteur R2 sur la position 2. Enfin, la figure 9 illustre une application de l'invention à trois actionneurs triphasés. Le principe de pilotage reste le même que celui décrit en référence à la figure 6 pour trois actionneurs biphasés, à la fois pour les systèmes avec et sans présélection. Plus précisément, on remplace le groupe Pl à P4 par le groupe Pl à P6, l'interrupteur Tl par le groupe Tl-T'l, l'interrupteur T2 par le groupe T2-T'2 et l'interrupteur T3 par le groupe T3-T'3. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique d'actionnement, comprenant plusieurs actionneurs différents et des moyens de commande de ces actionneurs, caractérisé par le fait que les actionneurs (Ml, M2) sont connectés en série ou en parallèle, et par le fait que les moyens de commande comportent un seul circuit électronique de puissance (P1-P4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit éléctronique de puissance comporte un pont de transistors en H, par le fait que les actionneurs (Ml, M2) sont connectés en série entre les deux points milieu du pont, et par le fait que les moyens de commande comportent en outre un interrupteur connecté en parallèle aux bornes de chaque actionneur et commandable bi-directionnellement en courant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit éléctronique de puissance comporte un pont de transistors en H, par le fait que les actionneurs (Ml, M2) sont connectés en parallèle entre les deux points milieu du pont, et par le fait que les moyens de commande comportent en outre un interrupteur connecté en série avec chaque actionneur et commandable bi-directionnellement en courant. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit éléctronique de puissance comporte un pont de transistors en H, par le fait que les actionneurs sont connectés en parallèle entre les deux points milieu du pont, et par le fait que les moyens de commande comportent en outre un commutateur (T) possédant une première borne connectée à l'un des points milieu du pont, une série de deuxièmes bornes respectivement connectées aux différents actionneurs, le commutateur étant commandable bi-directionnellement en courant. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit éléctronique de puissance comporte un pont de transistors à trois bras (P1-P6), par le fait que les actionneurs (mil, M2) sont des actionneurs triphasés connectés en parallèle aux trois points milieu des trois bras du pont, et par le fait que les moyens de commande comportent en outre au moins deux interrupteur respectivement connectés en série entre deux des trois points milieu et deux des trois bornes de chaque actionneur, chaque interrupteur étant commandable bi-directionnellement en courant.