Brevet FR2879516A1 — publié le 20060623

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE SATURATION DU COUPLE MOTEUR THERMIQUE DANS UNE TRANSMISSION INFINIMENT VARIABLE A VARIATEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne la commande des transmissions infiniment variables à variateur électrique. Plus précisément, elle a pour objet Procédé de contrôle d'une transmission infiniment variable à variateur électrique, comportant un moteur thermique et au moins deux machines électriques, reposant sur le calcul d'un point de fonctionnement instantané de la transmission défini par une référence de régime du moteur thermique et une référence de couple à la roue. Cette invention s'applique sur un véhicule équipé d'un moteur thermique et d'une transmission infiniment variable à variateur électrique, qui présente la particularité de ne pas comporter de coupleur, embrayage ou convertisseur, entre le moteur thermique et la transmission. Elle trouve une application privilégiée, mais non limitative, sur un dispositif de transmission du type comprenant au moins deux voies parallèles de transmission de puissance, une voie contenant une chaîne cinématique à démultiplication fixe, et une autre voie contenant un variateur de vitesse continu, composé de deux machines électriques. Par la publication FR 2 823 281, on connaît un dispositif du type indiqué ci-dessus, selon lequel les différentes voies sont connectées d'une part à un répartiteur mécanique d'entrée relié à une source d'énergie mécanique tel qu'un moteur thermique, et d'autre part à un répartiteur mécanique de sortie relié aux roues du véhicule. Les répartiteurs mécaniques d'entrée et de sortie, sont de préférence, mais non obligatoirement, des trains épicyclo"idaux. La transmission décrite dans cette publication comporte ainsi deux machines électriques reliées par un élément tampon d'énergie, intégrées dans une chaîne cinématique disposant de quatre arbres d'entrée et de sortie, respectivement connectés au moteur thermique, aux roues, et aux moteurs électriques. Selon une disposition habituelle dans le domaine, une unité de calcul de transmission établit des consignes de commande pour chaque actionneur (les deux machines électriques, et éventuellement le moteur thermique), permettant de placer la transmission sur un point de fonctionnement déterminé par des modules de calculs appelés couches supérieures de supervision . Comme indiqué plus haut, le point de fonctionnement de la transmission peut être défini par une référence de régime du moteur thermique et une référence de couple à la roue. Dans ce cas, l'unité de calcul en charge d'établir les consignes de commande de chaque actionneur doit respecter des spécifications de performance, et présenter des propriétés de robustesse aux perturbations et aux bruits de mesures, tout en assurant une régulation correcte de l'élément tampon d'énergie. En particulier, la commande doit pouvoir s'adapter au cas fréquent où le moteur thermique rentre en saturation. Cela signifie que le couple demandé sur le vilebrequin est supérieur au couple maximal autorisé. Or, il arrive que, sur de fortes charges ou pour des calculs inexacts de point de fonctionnement, la commande calculée fasse saturer le moteur thermique. Dans ce cas, le point de fonctionnement désiré n'est pas atteint et le conducteur en ressent la conséquence. La non prise en compte de cette saturation implique un fonctionnement dégradé du dispositif de contrôle. En effet, ne pas tenir compte de celle-ci revient à faire l'hypothèse que le moteur peut toujours délivrer une puissance élevée. Or, tout moteur thermique possède des limitations en couple du fait de sa limitation en puissance. Ne pas en tenir compte rend le contrôle fragile, dégrade la prestation sur des fortes charges, et limite les performances du véhicule. La présente invention vise à éviter l'entrée en saturation du moteur thermique. Dans ce but, elle propose en ce que la référence de couple à la roue soit corrigée en cas de saturation du moteur thermique, de manière à éviter l'entrée en saturation du moteur. De préférence, la référence de couple à la roue est corrigée en fonction d'une valeur instantanée de saturation de couple et d'un vecteur contenant une estimation de l'état de la transmission dans son ensemble, en interaction avec le moteur thermique et les roues, Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ce vecteur contient au moins une estimation du régime moteur, du couple à la roue, des régimes des machines électriques, du couple appliqué en entrée de boîte, de la vitesse aux roues, du couple de frottement du moteur thermique, ou du couple de frottement à la roue. L'invention concerne aussi un dispositif de contrôle d'une transmission présentant une unité d'anti-saturation du couple du moteur thermique capable de corriger une référence de couple aux roues. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma type de transmission infiniment variable auquel s'applique l'invention, et - la figure 2 montre la structure du contrôle mécanique mis en oeuvre Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une transmission infiniment variable à variateur électrique présentant deux voies parallèles de transmission de puissance entre le moteur thermique 1 et les roues 6, telle que décrite dans la publication FR 2 823 281, à laquelle on pourra se reporter. La voie de puissance principale comporte une chaîne cinématique à démultiplication fixe, et la voie dite de dérivation de puissance inclut les deux machines électriques 2, 3 constituant le variateur. Sur le schéma, on a mentionné des grandeurs physiques explicitées ci-dessous: Tice, Ti, Wice, Tel, Tel, Wei, We2, To, Wwh, et Tres. Ces grandeurs physiques caractérisant le comportement global du GMP équipé de sa transmission infiniment variable à variateur électrique, mentionnées sur les schémas sont les suivantes. Au niveau du moteur thermique: Tice: couple moteur appliqué sur le vilebrequin, - Wice: régime moteur Au niveau du volant amortisseur: Ti: couple appliqué en entrée de boîte, - Wi: régime en sortie du volant, Au niveau de la dérivation de puissance - Tel: couple de la première machine électrique 2 Wel: régime de la première machine électrique 2 - Te2: couple de la deuxième machine électrique 3 We2: régime de la deuxième machine électrique 3 - Ucapa: tension aux bornes de l'élément de stockage énergétique Au niveau du différentiel: Wo: régime en sortie de la chaîne cinématique - To: couple à !a roue Au niveau de la roue - Wwh: vitesse des roues La transmission est placée sous le contrôle d'un système de contrôle regroupant un dispositif de contrôle mécanique, décrite sur la figure 2, qui assure les objectifs mécaniques, à savoir la régulation du couple aux roues To, et du régime du moteur thermique Wice. L'objectif énergétique est assuré par ailleurs par une unité de contrôle énergétique non décrite, dont seuls les signaux sortants interagissant avec le contrôle mécanique sont mentionnés: - Uw: commande énergétique qui s'exprime en fonction de Tel, Te2, Wei et We2, - ETe1: estimation du couple de la première machine électrique, ETe2: estimation du couple de la deuxième machine électrique Conformément à l'invention, l'unité de contrôle mécanique est elle même composée de cinq unités ou modules, regroupés sur la figure 2, avec les différents signaux qui leur sont associés: une unité de détermination mécanique 9, une unité de régulation mécanique 8, une unité de découplage mécanique 7, une unité d'amortissement des modes de torsion 4, et une unité d'anti- saturation Il. L'unité de détermination mécanique 9 a pour fonction de fournir l'état du système aux autres unités de contrôle mécanique. A cet effet, elle exploite les mesures de régime Wei, We2 des machines électriques 2, 3, ainsi que la commande énergétique Uw, qui s'exprime en fonction des couples respectifs ETe1, ETe2, de ces machines. L'unité 9 exploite aussi un signal RTice, issu de l'unité de découplage mécanique et qui représente la consigne de couple moteur envoyée au calculateur du moteur thermique. A partir de ces mesures et signaux, l'unité de détermination mécanique calcule les grandeurs suivantes: É EWice estimation du régime moteur, - 7 ^ ETo: estimation du couple à la roue, É EWe1 et EWe2: estimations des régimes des machines électriques, et É un vecteur d'estimation Xf, qui comprend les estimations précédentes, ainsi que ETi estimation du couple Ti échangé entre le moteur et la boîte, une estimation de la vitesse aux roues EWwh, une estimation du couple de frottement moteur thermique Etdice, et une estimation du couple de frottement à la roue ETres. Finalement, le vecteur Xf regroupe les signaux suivants: Xf = [EWice, EWwh, EWe1, EWe2, ETi, ETo, ETdice, ETres]. Conformément à l'invention, le vecteur Xf contient au moins une estimation du régime moteur EWice, du couple à la roue ETo, des régimes des machines électriques EW1 et EW2, du couple appliqué en entrée de boîte ETi, de la vitesse aux roues EWwh, du couple de frottement du moteur thermique ETdice, ou du couple de frottement à la roue Etres. Il contient une estimation de l'état de la transmission dans son ensemble, en interaction avec le moteur thermique et les roues. Cette estimation est à destination des autres unités du contrôle mécanique. Le calcul de l'ensemble de ces estimations est rendu possible grâce aux techniques connues d'observation et d'estimation des systèmes dynamiques, et se base sur un modèle mathématique usuel du comportement dynamique du groupe motopropulseur. L'unité de régulation mécanique 8 calcule deux signaux de commande intermédiaires vl et v2, à partir des références de régime moteur RWice, de couple à la roue RTo, des estimations de régime moteur EWice et de couple à la roue (ETo) ^ Le signal vl est calculé par un régulateur à partir de la consigne de régime thermique RWice et de l'estimation du régime thermique EWice ^ Le signal v2 est aussi calculé par un régulateur à partir de la consigne de couple aux roues RTo et de l'estimation du couple aux roues ETo. Les paramètres de ces deux régulateurs sont des paramètres de réglage de l'unité de régulation mécanique, qui déterminent le degré de performance du suivi des consignes RWice et RTo par les grandeurs Wice et To. L'unité de découplage mécanique 7, calcule une commande Uol et une consigne RTice de couple moteur thermique à partir des commandes intermédiaires v1 et v2 et du vecteur d'estimation Xf issu de l'unité de détermination mécanique. L'unité d'amortissement des modes de torsion 4 (UAM), calcule un complément de commande Um qui s'ajoute à Liai. Um dépend des signaux RWice, RTo et du vecteur Xf. Le complément de commande Um est destiné à amortir les modes oscillants engendrés par les raideurs. Cette commande vient s'ajouter à la commande Uol, calculée par l'unité de découplage mécanique, pour obtenir la commande finale Uo calcule un La commande Uol est convertie en couples électriques de commande Tel et Tel. - 9 Enfin, le dispositif de contrôle mécanique comporte une unité d'anti-saturation 11 du couple du moteur thermique, qui va corriger la consigne de couple aux roues RTo, à partir de la référence RTice et du vecteur Xf, de façon à ne plus saturer le couple moteur. Grâce à cette unité, la référence de couple à la roue RTo est corrigée en cas de saturation du moteur thermique, de manière supprimer cette saturation. Le fonctionnement de cette unité est le suivant. Lorsque le moteur thermique rentre en saturation, cela signifie que le point de fonctionnement courant de la transmission Rwice, To induit une puissance moteur trop importante, qui entraîne une saturation de couple RTice. Conformément à l'invention, la stratégie développée grâce à l'unité d'anti-saturation consiste à - détecter la saturation du couple moteur, par rapport à un seuil de saturation RTice_max - s'il n'y a pas de saturation (RTice RTice_max), adapter la consigne RTo2 sur la base d'un bilan de puissance de la transmission. La référence de couple à la roue (RTo) est corrigée en fonction d'une valeur instantanée de saturation de couple RTice et d'un vecteur Xf contenant une estimation de l'état de la transmission dans son ensemble, en interaction avec le moteur thermique et les roues. Ainsi, référence de couple à la roue RTo peut être corrigée en fonction d'une valeur instantanée de saturation de - 10 - couple RTice et d'un vecteur Xf contenant une estimation de l'état de la transmission dans son ensemble, en interaction avec le moteur thermique et les roues. La valeur instantanée de saturation de couple RTice est comparée à un seuil RTice_max. 5i RTice est supérieur à RTice_max, la consigne de couple aux roues RTo2 est recalculée à partir de la référence RTo pour assurer une puissance à la roue inférieure ou égale à la puissance fournie par le moteur thermique. La puissance fournie par le moteur peut être estimée par l'unité de détermination mécanique en appliquant un gain d'adaptation G inférieur à un, recalculé à chaque instant, à la puissance fournie par le moteur thermique: Puissance _roue = G * Puissance moteur. La puissance à la roue (couple multiplié par la vitesse) est RTo2 * EWwh (estimation de la vitesse aux roues). La puissance maximum du moteur est [ RTice_max * EWice] - [ ETdice * EWice], représentant la différence entre une puissance nominale que peut atteindre le moteur et une estimation de la puissance dissipée par les frottements dans la transmission. La puissance maximum du moteur prise en compte est donc la différence entre une puissance nominale que peut atteindre le moteur et une estimation du frottement dans la transmission. Conformément à l'invention, lorsque la saturation est détectée, la nouvelle consigne de couple aux roues RTo2 peut être calculée de la façon suivante: - initialisation du gain G selon une formule du type: G = 0.9 * EWh * RTo / EWice * RTice_max, G représentant un pourcentage calibrable du rapport de puissance entre les roues et le moteur, - calcul proprement dit de RTo2 selon un principe de bilan de puissance entre les roues et le moteur tel que: RTo2 = G * [ (RTice_max * EWice) - ( ETdice * EWice) ] / EWwh En résumé, le calcul de la consigne de couple aux roues RTo2 comporte des étapes d'initialisation du gain (G) et de calcul proprement dit de RTo2 selon un principe de bilan de puissance entre les roues et le moteur. Enfin, si le précédent calcul ne supprime pas la saturation de couple, alors G peut être adapté en étant diminué arbitrairement d'une valeur calibrable faible, telle que 0,001. -12-REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'une transmission infiniment variable à variateur électrique, comportant un moteur thermique (1) et au moins deux machines électriques (2, 3), reposant sur le calcul d'un point de fonctionnement instantané de la transmission défini par une référence de régime du moteur thermique (RWice) et une référence de couple à la roue (RTo), caractérisé en ce que la référence de couple à la roue (RTo) est corrigée en cas de saturation du moteur thermique, de manière supprimer cette saturation 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la référence de couple à la roue (RTo) est corrigée en fonction d'une valeur instantanée de saturation de couple (RTice) et d'un vecteur (Xf) contenant une estimation de l'état de la transmission dans son ensemble, en interaction avec le moteur thermique et les roues. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vecteur contient au moins une estimation du régime moteur (EWice), du couple à la roue (ETo), des régimes des machines électriques (EW1) et (EW2), du couple appliqué en entrée de boîte (ETi), de la vitesse aux roues (EWwh), du couple de frottement du moteur thermique (ETdice), ou du couple de frottement à la roue (Etres). - 13 - 4. Procédé de contrôle selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la valeur instantanée de saturation de couple (RTice) est comparée à un seuil (RTice...max). 5. Procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que si (RTice) est supérieur à (RTice_max), la consigne de couple aux roues (RTo2) est recalculée à partir de la référence (RTo) pour assurer une puissance à la roue inférieure ou égale à la puissance fournie par le moteur thermique. 6. Procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que la puissance à la roue est estimée en appliquant un gain d'adaptation (G) inférieur à un, recalculé à chaque instant, à la puissance fournie par le moteur thermique. 7. Procédé de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que la puissance maximum du moteur prise en compte est la différence entre une puissance nominale que peut atteindre le moteur et une estimation du frottement dans la transmission. 8. Procédé de contrôle selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le calcul de la consigne de couple aux roues (RTo2) comporte des étapes d'initialisation du gain (G) et de calcul proprement dit de (RTo2) selon un principe de bilan de puissance entre les roues et le moteur. 9. Procédé de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce que si le calcul précédent ne supprime pas la saturation de couple, le gain (G) est choisi arbitrairement. 10. Dispositif de contrôle d'une transmission assurant la régulation du couple aux roues (Ta) et du régime thermique - 14 - (Wice) d'une transmission infiniment variable à variateur électrique comportant un moteur thermique (1) et au moins deux machines électriques (2, 3), caractérisé en ce qu'il présente une unité d'anti-saturation (Il) du couple du moteur thermique capable de corriger une référence de couple aux roues (RTo). 11. Dispositif de contrôle selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'unité d'anti-saturation (11) transmet une consigne de couple aux roues corrigée (RTo2), à une unité de régulation mécanique (8) qui calcule des commandes intermédiaires (v1, v2) à partir de la consigne de couple corrigée (RTo2) et d'une référence de régime moteur (RWice). 12. Dispositif de contrôle selon la revendication Il, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de découplage mécanique (7) qui calcule une commande (Uo) des machines électriques (2, 3) et une consigne de couple (RTice) du moteur thermique (1). 13. Dispositif de contrôle selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une unité d'amortissement des modes de torsion (4) qui fournit un complément de commande (Uni) ajouté à la consigne de commande (Uol) pour amortir des modes oscillants engendrés par les raideurs de la transmission.