Brevet FR2839130A1 — publié le 20031031

La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'actionneur de transmission robatisée. Elle trouve par exemple application dans le domaine de l'industrie automobile, pour des boîtes de vitesses robotisées utilisant des actionneurs électriques. Une boîte de vitesses traditionnelle comprend un mécanisme de changement de vitesse, coopérant avec un mécanisme de débrayage. Dans une boîte de vitesses robotisoe, les changements de vitesses sont réalisés par des actionneurs électriques, hydrauliques ou électrohydrauliques. Par exemple, en réLérence à la figure 1, une boîte de vitesses 1 comprend des fourchettes 10 disposoes côte à côte et correspondant à des crabats. Chaque fourchette correspond à une ligne de vitesses. Pour une boîte cinq vitesses et marche arrière comme celle représentée sur la figure 1, une première fourchette permet, selon qu'on la déplace dans un sens ou dans l'autre, l' engagement de la première ou de la seconde vitesse, une seconde fourchette permet l' engagement de la troisième ou de la quatrième vitesse et une troisième fourchette permet l' engagement de la cinquième vitesse ou de la marche arrière. Un doigt de commande 15 peut être déplacé transversalement entre les fourchettes 10 pour la sélection d'une ligne de vitesses. Vne fois que le doigt 15 est positionné dans le plan de la fourchette qui correspond au crabat que l'on veut déplacer, il peut être déplacé dans le plan de cette fourchette afin d'engager une vitesse. Des actionneurs électriques, hydrauliques ou électrohydrauliques peuvent être utilisés pour commander d'une part le déplacement transversal du doigt 15, c'est- à-dire le mouvement de sélection, et d'autre part le déplacement dans le plan d'une fourchette 10 du doigt 15, c'est à dire le mouvement d' engagement. Dans le cadre de la présente invention, sont plus particulièrement visés des actionneurs électriques. Des di spos it i fs à act ionneurs électriques pour actionner un doigt de commande de boîte de vitesses connus dans l'état de la technique utilisent deux moteurs électriques rotatifs associés à un mécanisme pour transformer un mouvement rotatif en mouvement linéaire. Un exemple de dispositif à actionneurs électriques de type connu est représenté sur la figure 2. Le doigt de commande 15 est monté à l'extrémité d'un arbre de commande 17 pouvant tourner autour de son axe et se translater le long de cet axe. L'arbre 17 s'étend perpendiculairement au plan d'une fourchette 10. Le doigt s'étend radialement par rapport à l'arbre 17 et, par conséquent, dans le plan d'une fourchette 10. Un actionneur de sélection 30 comprend un moteur 31 à arbre rotatif portant à son extrémité un pignon 32 en prise avec une pièce basculante 33 comprenant de part et d'autre d'un axe 36 un secteur denté 34 en prise avec le pignon 32 et une partie allongée 35 formant bras de levier dont l'extrémité est en prise avec l'arbre de commande 17. L'actionneur 30 commande ainsi la tranalation de l'arUre de commande 17 et, par conséquent, le mouvement de sélection du doigt 15. Un actionneur d' engagement 20 comprend un moteur 21 à arbre rotatif portant à son extrémité un pignon 22 en prise avec une roue dentée 23 sur laquelle est montée coaxialement un pignon 24 en prise avec une roue dentée 25 traversée par l'arUre de commande 17 avec lequel elle est en prise au moyen de cannelures 26 ménagées sur cet arbre. Ces cannelures permettent de transmettre le mouvement de rotation de la roue dentée 25 à l'arbre 17 tout en permettant un déplacement relatif en translation dudit ardre par rapport à ladite roue. L'actionneur 20 commande ainsi la rotation de l'arUre 17 et, par conséquent, le mouvement d' engagement du doigt 15. Certaines phases de commande des actionneurs font intervenir des consignes de position qui permettent de positionner le doigt de commande dans les positions désirées pour assurer le séquencement de passage de vitesse. Un séquencement de pas sage de vites se peut comporter, par exemple, cinq étapes: une étape de débrayage, une étape de désengagement de la vitesse, une étape de sélection de ligne de vitesse, une étape d' engagement de vitesse et une étape d'embrayage. Les première et cinquième étapes concernent un actionneur d'embrayage, non visé par la présente invention; les deuxième et quatrième étapes concernent l'actionneur d' engagement et la troisième étape concerne l'actionneur de sélection. Dans l'état de la technique, sont proposés des procédés de commande d'actionneurs de transmission robotisoe sans détail de la commande en position des actionneurs d' engagement et de sélection. Or il se trouve que les performances offertes par ces procédés de commande ne sont pas tout à fait satisfaisantes. Parmi les différents inconvénients relevés: - le couple crête que doit fournir chaque moteur d'actionneur pour déplacer l'élément mobile est trop important, ce qui oblige à utiliser des actionneurs présentant un fort encombrement, - le temps de déplacement de l'élément mobile de l'actionneur est trop important, ou encore - les vitesses d'accostage sont trop importantes, ce qui provoque des chocs mécaniques préjudiciables à la pérennité des actionneurs. La présente invention a notamment pour but de supprimer ces inconvénients. On atteint ce but de l' invention avec un procédé de commande d'un actionneur de boîte de vitesses robatisée, remarquable en ce qu'on commande ledit actionneur selon une stratégie du type bang-bang. La stratégie de type bang-bang permet de minimiser la valeur créte d'accélération, et donc le couple maximal susceptible d'être fourni par le moteur de l'actionneur. On peut de la sorte utiliser un moteur électrique de dimensions relativement petites. La stratégie de type bang-bang permet par ailleurs de minimiser le temps de déplacement de l'élément mobile entre une position initiale avec une vitesse initiale nulle et une position finale avec une vitesse finale nulle. Le déplacement de l'élément mobile de l'actionneur se fait d'une position initiale avec une vitesse initiale nulle vers une position finale avec une vitesse finale nulle. Les vitesses d'accostage étant nulles, les chacs mécaniques sont limités. Suivant d'autres caractéristiques de ce procédé: - on commande ledit actionneur en engendrant des consignes de vitesse et de position et en asservissant ledit actionneur auxdites consignes, - on asservit un courant électrique d'alimentation dudit actionneur. La présente invention se rapporte également à un dispositif de mise en _uvre d'un procédé conforme à ce qui précède, remarquable en ce qu'il comprend des moyens pour engendrer des consignes de vitesse et de position, et des moyens pour asservir ledit actionneur auxdites consignes. La présente invention se rapporte également à une boîte de vitesses robotisée comprenant un actionneur de sélection et un actionneur d' engagement, remarquable en ce qu'elle comprend en outre un dispositif conforme à ce qui précède pour commander lesUits actionneurs. Suivant d'autres caractéristiques de cette boîte de vitesses: - chacun desUits actionneurs comprend un moteur électrique, - l'actionneur de sélection est du type linéaire à prise directe. L' invention, ses caractéristiques et ses avantages, ressortiront mieux à l'examen de la description qui suit et de l'examen du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue simplifiée en perspective représentant certains éléments d'une boîte de vitesses robatisée de l'état de la technique; - la figure 2 est une vue simplifise en perepective repré s entant de s act ionneurs de la boî te de vi te s s es robotisoe de la figure 1 auxquels peut s'appliquer le procédé de commande selon l'invention; - la figure 3 est une vue simplifiée en perspective représentant d'autres actionneurs auxquels peut également s'appliquer le procédé de commande selon l' invention; - la figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif de mise en _uvre du procédé de commande selon l' invention; - la figure 5 est une courbe d'accélération souhaitée en fonction du temps pour un exemple de déplacement de doigt de commande entre 0 et 12 mm; - la figure 6 est une courbe de consigne de vitesse en fonction du temps pour l'exemple de la figure 5; et - la figure 7 est une courbe de consigne de position en fonction du temps pour l'exemple de la figure 5. La présente invention s'applique par exemple à la commande d'actionneurs de sélection et d' engagement tels que les actionneurs 30 et 20 décrits précédemment en référence à la figure 2. Ces actionneurs sont de type électromécanique (moteur à courant continu, brushless...). Ils comprennent une électronique de puissance, un moteur électrique et une charge, c'est à dire un ensemble mécanique accouplé au moteur électrique pour réaliser les mouvements de sélection ou d' engagement, ainsi que décrit en référence à la figure 2. En rétérence à la figure 4, un dispositif 200 de mise en _uvre du procédé de commande selon l' invention comprend globalement un générateur de trajectoire 210, deux calaulateurs 220 et 230 et trois comparateurs 215, 225 et 235. Un bloc 240 représente l'ensemble des éléments qui constituent l'actionneur, à savoir l'électronique de puissance, le moteur électrique et la charge. Le générateur de trajectoire 210 engendre une consigne de vitesse Vc et une consigne de position Xc. La consigne de position Xc est transmise au premier dispositif comparateur 215 et la consigne de vitesse Vc est transmise au second dispositif comparateur 225. Le premier comparateur 215 compare la valeur de la consigne de position Xc à une valeur de position X de l'actionneur mesurce au niveau du bloc 240 et en déduit une valeur de commande de position effective Xe. Le premier caleulateur 220 reçoit la valeur de commande de position effective Xe issue du premier comparateur 215 et calcule à partir de cette valeur une valeur de vites se additionnel le Va correspondant à la valeur de commande de position effective Xe. La valeur de vitesse additionnelle Va est envoyée au second comparateur 225. Le second comparateur 225 compare la valeur de consigne de vitesse Vc à laquelle s'ajoute la valeur de vitesse additionnelle Va à une valeur de vitesse V du système piloté mesurce au niveau du bloc 240 et en déduit une valeur de commande de vitesse effective Ve. Le second calculateur 230 reçoit la valeur de commande de vitesse effective Ve issue du second comparateur 225 et calcule à partir de cette valeur une valeur de consigne d'intensité Ic. La valeur de consigne d'intensité Ic est envoyée au troisième comparateur 235. Le troisième comparateur 235 compare la valeur de consigne d'intensité Ic à une valeur d'intensité I de courant du moteur commandé mesurée au niveau du bloc 240 et en déduit une valeur de commande d'intensité effective Ie. La commande d'intensité effective Ie est envoyée dans l' étage d' électronique de puissance du bloc 240 qu'elle commande pour corriger la différence entre la consigne d'intensité Ic et l'intensité mesurée I. Le dispositif 200 associé à un actionneur forme donc un système asservi faisant intervenir en cascade une chaîne de retour de position, une chaîne de retour de vitesse et une chaîne de retour de courant. Les consignes de vitesse et de position sont engendrces suivant une stratégie de commande du type bang bang. On entend par là que cette stratégie est adaptée pour permettre un déplacement de l'actionneur en deux phases de durées égales, correspondant aux deux moitiés du temps de déplacement souhaité, avec une première phase d'accélération dans laquelle l'accélération est constante et positive et une seconde phase de décélération dans laquelle l'accélération est constante et négative, l'accélération restant la même en valeur absolue pendant l'ensemble du déplacement. La stratégie de commande du type bang-bang se traduit par la plus petite valeur crête d'accélération, qui, dans ce cas, est la valeur absolue constante d'accélération, pour déplacer l'actionneur entre une position initiale avec une vitesse initiale nulle et une position finale avec une vitesse finale nulle en un temps de déplacement donné. La figure 5 représente la courbe d'accélération en fonct i on du temps pour un exemple de dépla cement de doigt de commande par un actionneur entre 0 et 12 mm. Dans une première phase d'accélération, de durce, l'accélération est constante et a une valeur a. Dans une seconde phase de décélération, également de durée, l'accélération est constante et a une valeur -a. L'accélération de l'ensemble formé par le moteur électrique et la charge est liée par une constante au couple fourni par le moteur électrique et, par conséquent, au courant d'alimentation du moteur électrique. Comme cela a été vu, la consigne de courant Ie envoyée au moteur électrique résulte des consignes de vitesse Vc et de position Xc. Il suffit donc, pour obtenir une cinématique du type bang-bang, de choisir pour les consignes Vc et Xc des valeurs correspondant respectivement à des intégrations simple et double de la loi de variation d'accélération représentée à la figure 5, ce qui aboutit aux lois de variations pour Vc et Xc représentées respectivement aux figures 6 et 7. Comme cela apparaît sur la figure 6, la consigne de vitesse part d'une vitesse nulle pour augmenter linéairement, lors de la première phase d'accélération de durce, jusqu'à une vitesse maximale. Elle décroît ensuite linéairement, lors de la seconde phase de décélération, également de durée, usqu'à une vitesse nulle. La pente d' augmentation de vitesse est donnée par l'accélératlon a, et la pente de dimlnution de vitesse, de même valeur et de signe opposé, est donnée par l'accélération -a. Comme cela apparaît sur la figure 7, la courbe de consigne de position est une parabole partant de la position initiale pour finir à la position finale du doigt de commande. Le moteur électrique est dimensionné pour répondre à la sollicitation en accélération souhaitée. Ce moteur est donc dimensionné à couple crête minimal puisque l'accélération de la stratégie de commande du type bang bang est l'accélération minimale permettant de réallser le mouvement. Le couple crête moteur étant minlmisé, la taille du moteur est donc minimisée. La stratogie de type bang-bang permet par ailleurs de minimiser le temps de déplacement du doigt de commande entre ses positions initiale et finale. Le déplacement du doigt de commande se fait d'une position initiale avec une vitesse initiale nulle vers une position finale avec une vitesse finale nulle. Les vitesses d'accostage étant nulles, les chocs mécaniques sont limités. Le procédé de commande selon la présente invention peut également s'appliquer à d'autres types d'actionneurs électriques pour boîtes de vitesses robotisées. Par exemple, il peut s'appliquer à un actionneur linéaire à prise directe, comme cela est représenté sur la figure 3. Comme dans l'exemple précédent, représenté en référence à la figure 2, le doigt de commande 115 est monté à l'extrémité d'un arUre de commande 118 pouvant tourner autour de son axe et se translater le long de cet axe. L'arbre de commande 118 est monté coaxial à un arbre d' engagement 117 dont il est solidaire en rotation mais par rapport auquel il est libre en translation. Un actionneur de sélection 130 est constitué par un actionneur linéaire à prise directe (ALPD), par exemple un actionneur linéaire à prise directe à aimants permanents pas à pas, qui commande la translation de l'arbre de commande 118 et, par conséquent, le mouvement de sélection du doigt 115. L'arbre de commande 118 est solidaire en translation de l'ALPD 130 mais il est libre en rotation par rapport à ce dernier. Un actionneur d' engagement 120 comprend, comme dans l'exemple précédent, un moteur 121 à arbre rotatif portant à son extrémité un pignon 122 en prise avec une roue dentée 123 sur laquelle est montée coaxialement un pignon 124 en prise avec une roue dentée 125 qui commande la rotation de l'arUre d' engagement 117 et, par suite, de l'ardre de commande 118. On peut ainsi commander le mouvement d' engagement du doigt 115. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVEN DI CAT IONS 1. Procédé de commande d'un actionneur (20, 30; , 130) de boite de vitesses robotisce (1), caractérisé en ce qu'on commande ledit actionneur selon une stratégie du type bang-bang. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande ledit actionneur (20, ; 120, 130) en engendrant des consignes de vitesse (Vc) et de position (Xc) et en asservissant ledit actionneur auxdites consignes. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on asservit un courant électrique (Ie) d'alimentation dudit actionneur (20, 30; 120, 130). 4. Dispositif (200) de mise en _uvre d'un procédé conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (210) pour engendrer des consignes de vitesse (Vc) et de position (Xc), et des moyens (215, 220, 225, 235) pour asservir ledit actionneur (20, 30; 120, 130) auxdites consignes. 5. Boîte de vitesses robotisée (1) comprenant un actionneur de sélection (30; 130) et un actionneur d' engagement (20; 120), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif (200) conforme à la revendication 4 pour commander lesdits actionneurs. 6. Boite de vitesses (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacun desdits actionneurs (30, ; 120) comprend un moteur électrique (31, 21; 121). 7. Boîte de vitesses (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'actionneur de sélection (130) est