Brevet FR2917041A1 — publié le 20081212

Procédé de pilotage en mode dégradé d'une boîte de vitesses robotisée de véhicule hybride parallèle L'invention concerne un procédé de pilotage d'une boîte de vitesses robotisée d'un véhicule hybride comprenant une machine électrique et un moteur thermique accouplés à un même arbre primaire d'une boîte de vitesses. L'architecture d'un tel véhicule est représentée schématiquement en figure 1. Elle comprend un moteur thermique 1 incluant un arbre moteur 2 portant un volant d'inertie 3, qui est accouplé à un arbre primaire 4 d'une boîte de vitesses 6 par l'intermédiaire d'un embrayage 7. Les roues motrices 8 du véhicule sont entraînées par un arbre secondaire 9 ou arbre de sortie de la boîte de vitesses 6. La machine électrique, qui est repérée par 11, est alimentée par une batterie 12 en étant reliée à cette batterie par l'intermédiaire d'un onduleur 13. Elle comprend un rotor porté par l'arbre primaire 4 et rigidement solidaire de celui-ci. Une machine électrique 14 assure le démarrage du moteur thermique en mode stop and go via une courroie et deux poulies 16. Selon cette architecture, la machine électrique est commandée et alimentée électriquement pour délivrer un couple sur l'arbre primaire 4 de manière à soit compléter le couple délivré par le moteur thermique 1 soit entraîner seule le véhicule. Dans la pratique, il apparaît qu'avec cette architecture, lorsque la machine électrique devient défaillante, il s'ensuit une dégradation très rapide de la boîte de vitesses pouvant atteindre sa destruction. Dans ce cas, il est donc nécessaire de remplacer l'ensemble de la boîte de vitesses, ce qui est particulièrement onéreux, alors que l'origine de la panne, à savoir la défaillance de la machine électrique peut correspondre à une panne pouvant être réparée à moindre coût. Le but de l'invention est d'apporter une solution pour éviter la dégradation de la boîte de vitesses en cas de défaillance de la machine électrique dans un véhicule hybride parallèle. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de pilotage d'une boîte de vitesses robotisée d'un véhicule hybride comprenant une machine électrique accouplée directement à un arbre primaire de la boîte de vitesses, et un moteur thermique accouplé à ce même arbre primaire par l'intermédiaire d'un embrayage, dans lequel en cas de défaillance de la machine électrique, on actionne plusieurs synchroniseurs avant de craboter un pignon secondaire correspondant à un rapport à engager. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les différents synchroniseurs sont actionnés successivement avant crabotage du pignon secondaire à engager. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le dernier synchroniseur actionné avant crabotage est le synchroniseur associé au pignon secondaire à craboter. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel avant d'actionner le synchroniseur associé au pignon à craboter, on détermine l'énergie restant à transférer à l'arbre primaire pour atteindre le régime de crabotage, et dans lequel on actionne le synchroniseur associé au pignon à craboter seulement si l'énergie restant à transférer correspond à l'énergie que ce synchroniseur est capable de transférer. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel lorsque l'énergie restant à transférer à l'arbre primaire est supérieure à l'énergie transférable par le synchroniseur associé au pignon à craboter, on actionne un autre synchroniseur intermédiaire. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel un changement de rapport montant est piloté en actionnant d'abord un synchroniseur associé à un pignon secondaire correspondant à un rapport de rang supérieur au rapport du pignon à craboter. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel un changement de rapport descendant est piloté en actionnant d'abord un synchroniseur associé à un pignon secondaire correspondant à un rapport de rang inférieur au rapport du pignon à craboter. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1, déjà décrite, est une représentation 15 schématique d'une architecture de véhicule hybride parallèle ; La figure 2 montre l'évolution du régime de l'arbre primaire lors du passage de quatrième en troisième alors que la machine électrique est défaillante et en utilisant 20 seulement le synchroniseur associé au troisième rapport ; La figure 3 est un graphe circulaire représentatif de l'énergie mécanique transférée par le synchroniseur de troisième lors du changement de rapport illustré sur la figure 2 ; 25 La figure 4 montre l'évolution du régime de l'arbre primaire lors du passage de quatrième en troisième alors que la machine électrique est défaillante en utilisant successivement deux synchroniseurs ; La figure 5 est un graphe circulaire représentatif 30 de l'énergie mécanique transférée par chacun des deux synchroniseurs sollicités dans le changement de rapport illustré sur la figure 4. L'idée, à la base de l'invention, réside dans le constat selon lequel, dans un véhicule hybride parallèle, 35 lorsque la machine électrique est défaillante, la synchronisation de la boîte de vitesses est perturbée par le couple résistant qu'exerce cette machine défaillante sur l'arbre primaire et son inertie élevée. Ce couple résistant Cr qui s'oppose à la rotation de l'arbre primaire 4 est particulièrement pénalisant lorsque la boîte de vitesses 6 rétrograde puisque dans ce cas, le régime de l'arbre primaire 4 doit augmenter rapidement entre le début et la fin du changement de rapport. Le couple résistant Cr est en fait présent dès que la machine électrique 11 est inerte, c'est-à-dire non alimentée électriquement, et il peut avoir une amplitude élevée lorsque cette machine est en court circuit. Dans cette situation, le synchroniseur sollicité doit transférer une énergie mécanique E permettant de s'opposer au couple résistant Cr, en plus de l'énergie mécanique qu'il doit transférer pour faire passer l'arbre primaire 4 d'un régime initial à un régime cible supérieur au régime initial. L'énergie permettant de s'opposer au couple est la 20 somme du produit du couple résistant Cr par le régime w de l'arbre primaire pendant la durée de la tfnal synchronisation : J Cr • w(t)dt . L'énergie nécessaire au changement de régime de l'arbre primaire 4 correspond quant à elle à l'écart 25 entre l'énergie cinétique de cet arbre en début de synchronisation où il tourne à un régime initial, et la fin de la synchronisation où il tourne au régime final : 1 JAc. 2 Du fait de ce couple résistant Cr, le temps de 30 changement de rapport est fortement pénalisé, et quoi qu'il en soit, le synchroniseur se dégrade très rapidement puisqu'il est dimensionné seulement pour transférer la différence d'énergie cinétique de l'arbre entre le début et la fin de changement de rapport, tout 35 en bénéficiant d'une aide à la synchronisation grâce à la machine électrique. Ce phénomène est encore accentué par le fait que l'arbre primaire 4 porte le rotor de la machine électrique 11, de sorte qu'il a une inertie supérieure à celle d'un arbre primaire de véhicule non hybride. Ainsi, la différence d'énergie cinétique de cet arbre 4 entre le début et la fin d'un changement de rapport est plus importante hybride. A titre arbre primaire qui serait équipé 35 g.m2. Dans la au troisième arbre primaire de véhicule non de grandeur, l'inertie d'un tel celle d'un arbre primaire normal de huit embrayages, elle vaut environ le passage du quatrième rapport est effectué en sollicitant qu'avec un d' ordre 4 vaut figure 2, rapport seulement le synchroniseur de troisième, alors que la machine électrique défaillante génère un couple de 10 Nm s'opposant à la rotation de l'arbre primaire 4. Dans ce changement de rapport, la boîte de vitesses rétrograde, de sorte que le régime de l'arbre primaire 4 doit augmenter pour passer d'un régime initial noté RI valant 3000 t/mn à un régime cible noté RC valant à 4060 t/mn. Durant la phase de synchronisation qui correspond à la région hachurée S3, l'énergie mécanique transférée par le synchroniseur du troisième rapport vaut environ 930 joules, ce qui est représenté sous forme du graphe circulaire de la figure 3. Dans la boîte de vitesses du véhicule hybride utilisé pour cet essai, les synchroniseurs sont dimensionnés pour un fonctionnement normal du véhicule, c'est-à-dire sans couple résistant généré par la machine électrique 11. Plus particulièrement, les synchroniseurs du premier et du second rapport sont dimensionnés pour transférer 259 Joules et 742 Joules, respectivement. Les autres synchroniseurs sont dimensionnés pour transférer chacun 224 Joules. Ainsi, lorsque la machine électrique est défaillante, le passage du quatrième rapport au troisième nécessite de transférer 930 Joules alors que le synchroniseur de troisième est conçu pour transférer seulement 224 Joules. Selon l'invention, la stratégie de pilotage de la boîte de vitesses est modifiée lorsque la machine électrique 11 est défaillante, de manière à pouvoir supporter le couple résistant que cette machine électrique 11 exerce alors sur l'arbre primaire 4. Comme représenté dans la figure 4, le passage du quatrième rapport au troisième est alors réalisé en actionnant d'abord le synchroniseur associé au second rapport, ce qui correspond à la région hachurée S2, puis en actionnant ensuite le synchroniseur du troisième rapport, ce qui correspond à la région à hachures croisées S3. Le synchroniseur du second rapport est sollicité jusqu'à ce que l'arbre primaire atteigne le régime intermédiaire de 3700 tours par minute, ce qui revient à transférer 730 joules par le synchroniseur du second rapport. Le synchroniseur du troisième rapport est ensuite sollicité en fin de changement de rapport, dans une phase pour laquelle l'arbre moteur passe du régime intermédiaire de 3700 tours par minute à son régime final RF de 4060 tours par minute, ce qui revient à transférer seulement 200 Joules par le synchroniseur de troisième. Ainsi, comme illustré sur la figure 5, les 930 Joules sont ici transférés partiellement par le synchroniseur de seconde et par le synchroniseur de troisième, de sorte que chaque synchroniseur est exploité dans la gamme pour laquelle il a été dimensionné, ce qui permet d'éviter une dégradation de ces synchroniseurs. L'exemple représenté sur les figures 2 à 5 correspond au cas du passage du quatrième au troisième rapport. Mais dans la plupart des changements de rapports, plusieurs synchroniseurs peuvent être actionnés pour éviter leur dégradation, le tableau ci-dessous donnant pour chaque changement de rapport les synchroniseurs utilisables : Changement de Synchroniseur rapport utilisable 1 => 2 3, 4, 5, 6 2 => 3 4, 5, 6 3 => 4 5, 6 4 => 5 6 => 6 Aucun 6 => 5 1, 2, 3, 4 5 => 4 1, 2, 3 4 => 3 1, 2 3 => 2 1 2 => 1 Aucun Dans le cas du passage du cinquième au sixième rapport, il n'est pas nécessaire d'utiliser plusieurs synchroniseurs, puisqu'il s'agit du changement de rapport pour lequel l'énergie à transférer est la plus faible, de sorte qu'elle peut être transférée par le synchroniseur associé au sixième rapport. Pour ce qui est du passage du second au premier rapport, on peut considérer qu'en mode dégradé de la machine électrique, l'utilisateur du véhicule cherche à rejoindre le garage le plus proche, de sorte qu'un fonctionnement sans premier rapport est alors admissible. La stratégie de pilotage d'une boîte de vitesses selon l'invention peut être mise en oeuvre conformément à l'organigramme de la figure 6. Dans un premier temps, l'ordre de changement de rapport est établi, ce qui correspond au bloc A. Cet ordre résulte d'une action de l'utilisateur ou bien d'une unité de pilotage de la boîte de vitesses, et il indique le rang du rapport devant être engagé. 5 Puis un test est effectué pour déterminer si la machine électrique est défaillante ou non. Ce test peut consister à déterminer si le courant et la tension de cette machine électrique correspondent à des valeurs nominales ou non. Si la machine électrique fonctionne correctement, ce qui correspond à la branche Al, la stratégie de changement de rapport conventionnelle est adoptée puisque l'arbre primaire ne subit pas de couple résistant. Si la machine électrique est défaillante, ce qui correspond à la branche A2, l'algorithme détermine le synchroniseur, autre que le synchroniseur associé au rapport à engager, qui peut être utilisé en première phase de synchronisation. Cette détermination qui correspond au bloc C est effectuée par exemple à partir de la connaissance du rapport courant de la boîte de vitesses, du rapport à engager, et des données du tableau fourni plus haut ainsi que de l'énergie transférable pour chaque synchroniseur. La synchronisation est ensuite débutée, toujours dans le bloc C. Parallèlement à cette synchronisation, le régime de l'arbre primaire est surveillé, celui-ci étant continûment mesuré par un capteur, ce qui permet de connaître continûment la quantité d'énergie transférée par le synchroniseur utilisé. Lorsque l'énergie maximum transférable par ce synchroniseur est atteinte, on détermine si l'énergie restante pour atteindre le régime cible est inférieure ou non à l'énergie transférable par le synchroniseur associé au rapport engagé. Dans l'affirmative, correspondant à la branche B1, la fin de synchronisation est effectuée, avec le synchroniseur associé au rapport à engager, ce qui correspond au bloc E. Dans la négative, branche B2, un autre synchroniseur, différent de celui qui est associé au rapport à engager, et différent de celui qui vient d'être utilisé, est choisi au bloc D, puis la synchronisation est continuée en utilisant ce second synchroniseur intermédiaire. Lorsque l'énergie maximum transférable par ce second synchroniseur intermédiaire est atteinte, si l'énergie restante pour atteindre le régime cible est inférieure à l'énergie transférable par le synchroniseur associé au rapport engagé, alors la fin de synchronisation est effectuée, avec le synchroniseur associé au rapport à engager, ce qui correspond au bloc F. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'une boîte de vitesses robotisée (6) d'un véhicule hybride comprenant une machine électrique (11) accouplée directement à un arbre primaire (4) de la boîte de vitesses (6), et un moteur thermique (1) accouplé à ce même arbre primaire (4) par l'intermédiaire d'un embrayage (7), dans lequel en cas de défaillance de la machine électrique, on actionne plusieurs synchroniseurs avant de craboter un pignon secondaire correspondant à un rapport à engager. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les différents synchroniseurs (S2, S3) sont actionnés successivement avant crabotage du pignon secondaire à engager. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le dernier synchroniseur actionné avant crabotage est le synchroniseur associé au pignon secondaire à craboter. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel avant d'actionner le synchroniseur associé au pignon à craboter, on détermine l'énergie restant à transférer à l'arbre primaire pour atteindre le régime de crabotage, et dans lequel on actionne le synchroniseur associé au pignon à craboter seulement si l'énergie restant à transférer correspond à l'énergie que ce synchroniseur est capable de transférer. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel lorsque l'énergie restant à transférer à l'arbre primaire est supérieure à l'énergie transférable par le synchroniseur associé au pignon à craboter, on actionne un autre synchroniseur intermédiaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel un changement de rapport montant est piloté en actionnant d'abord un synchroniseur associé à un pignon secondaire correspondant à un rapport de rang supérieur au rapport du pignon à craboter. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel un changement de rapport descendant est piloté en actionnant d'abord un synchroniseur associé à un pignon secondaire correspondant à un rapport de rang inférieur au rapport du pignon à craboter.