Brevet FR2920732A1 — publié le 20090313

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN CHANGEMENT DE RAPPORT DE VITESSES D'UN VEHICULE HYBRIDE La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un changement de rapport de vitesse d'un véhicule hybride et notamment lors de l'engagement de la marche arrière, avec une boîte de vitesses pilotée. Les boîtes de vitesses mécaniques des véhicules automobiles comportent un premier arbre lié au moteur par un embrayage, et un deuxième arbre parallèle lié aux roues motrices du véhicule. Ces arbres peuvent être reliés entre eux par des couples de pignons transmettant le mouvement de l'un à l'autre suivant différents rapports de démultiplication correspondant respectivement à autant de rapports de vitesse. Un des pignons de chaque couple est solidaire d'un des arbres, l'autre pignon du couple est monté libre en rotation sur l'autre arbre, et peut être rendu solidaire de son arbre par le coulissement axial d'un manchon de synchronisation. Ce coulissement réalise d'abord une synchronisation des vitesses des deux éléments par un dispositif de synchronisation comportant des cônes de frottement, puis un crabotage assurant la solidarisation du pignon sur l'arbre. Le déplacement du manchon de synchronisation comporte une position centrale neutre de point mort où aucun pignon n'est engagé, et une ou deux positions axialement décalées de part et d'autre, pour l'engagement des pignons libres. En particulier, pour l'engagement de la marche arrière réalisant une inversion du sens de marche d'un arbre parallèle, afin notamment de réduire les coûts et l'encombrement, le manchon coulissant peut ne pas utiliser de dispositif conventionnel de synchronisation à cônes de frottement. Ce sont alors les dents internes du manchon qui viennent directement en contact avec des dents externes du pignon de marche arrière, pour réaliser un crabotage de ce pignon sur son arbre. Dans ce cas, l'engagement du rapport de marche arrière ne peut se faire en douceur que si la différence de vitesse est suffisamment réduite. Cette condition n'est pas toujours réunie sur des véhicules hybrides. Un véhicule hybride de type connu et décrit notamment dans le document FR-A1-2817603, comporte une machine électrique directement liée à un arbre primaire de la boîte de vitesses. Cette disposition a certains avantages, elle permet de faire tourner la machine électrique indépendamment du moteur thermique en gardant l'embrayage ouvert, ce qui permet notamment de rouler uniquement en traction électrique, ou de récupérer au freinage une énergie plus importante, le moteur thermique restant arrêté et ne freinant pas le véhicule. Un inconvénient principal de cette disposition est que l'arbre primaire supportant le rotor de la machine électrique, son moment d'inertie est fortement augmenté dans une proportion qui peut être de l'ordre de dix. Cette inertie peut rendre difficile l'engagement d'un rapport, en particulier pour la marche arrière, notamment dans le cas où son dispositif d'engagement ne comporte pas de dispositif de synchronisation à cônes de frottement. Pour de tels véhicules hybrides, la machine électrique est généralement utilisée pour fournir un couple d'accélération ou de freinage de l'arbre primaire en fonction du nouveau rapport à engager, et établir la vitesse cible de l'arbre primaire dépendant de la vitesse du véhicule, en adaptant le régime de rotation du moteur, afin de synchroniser les vitesses et permettre l'engagement de ce nouveau rapport. Toutefois si la valeur de la vitesse d'un véhicule est généralement disponible sur le réseau d'informations du véhicule du type CAN par exemple, elle n'est habituellement pas signée : on ne sait pas si le véhicule avance ou recule, ce qui rend difficile la détermination de la vitesse cible pour l'arbre primaire et donc le pilotage de la machine électrique pour effectuer une synchronisation optimale, rapide et sans à-coup. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un procédé de pilotage qui soit simple, efficace et économique, pour pouvoir établir une synchronisation optimale, rapide et sans à-coup. Elle propose à cet effet un procédé de pilotage d'un changement de rapport de vitesse, pour préparer à partir d'une position de point mort l'engagement d'un rapport d'une boîte de vitesses pilotée reliée à un calculateur, sur un véhicule hybride comprenant une machine électrique liée à l'arbre primaire de la boîte de vitesses et apte à appliquer un couple moteur sur l'arbre primaire, caractérisé en ce qu'il consiste à calculer la dérivée de la vitesse du véhicule par rapport au temps, à comparer son signe avec celui de l'accélération longitudinale du véhicule pour établir le sens de marche du véhicule et, en fonction de ce sens, à piloter la machine électrique pour qu'elle applique le couple dans un sens assurant une synchronisation optimale des vitesses quelle que soient le sens de la pente et le sens d'avancement ou de recul du véhicule sur ladite pente. Un avantage essentiel du procédé de pilotage selon l'invention, est qu'il permet d'établir ce sens de marche, et donc la vitesse cible pour l'arbre primaire, par un simple calcul à partir de données généralement disponibles sur le véhicule, ce qui représente une solution économique. Le procédé de pilotage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le véhicule comporte un capteur de mesure de l'accélération longitudinale du véhicule. Suivant une caractéristique de l'invention, le signe de l'accélération longitudinale du véhicule est déterminé à partir de celui de la valeur du couple extérieur appliqué sur les roues, cette valeur étant calculée en utilisant différents paramètres du véhicule, comprenant l'accélération longitudinale. Selon un mode de réalisation, la vitesse du véhicule ou le couple extérieur appliqué sur les roues, est obtenu sur un réseau d'informations interne du véhicule du type CAN. Avantageusement, le rapport à engager sur la boîte de vitesses pilotée est la marche arrière. Avantageusement, le rapport de marche arrière est engagé par un manchon ne comportant pas de dispositif de synchronisation mécanique comprenant des cônes de frottement. Suivant une caractéristique de l'invention, la machine électrique liée à l'arbre primaire de la boîte de vitesses, ajuste la vitesse de cet arbre primaire en fonction de la vitesse du véhicule, avec un sens de rotation inversé par rapport à celui du sens d'avancement du véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente un schéma d'un groupe motopropulseur de véhicule hybride, comportant une machine électrique liée à l'arbre primaire de la boîte de vitesses ; - la figure 2 présente en perspective un pignon de marche arrière 20 comportant des dents pour un engagement par crabotage ; - la figure 3 présente en perspective un manchon de crabotage du pignon de marche arrière ; - la figure 4 est un tableau présentant des états du véhicule au point mort ; et 25 - la figure 5 est un tableau présentant les différentes comparaisons réalisées par le calculateur. La figure 1 présente le groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, comprenant un moteur thermique 2 lié à un alternateur 4, le vilebrequin du moteur thermique entraînant par un embrayage 6 un arbre primaire 10 30 d'entrée d'une boîte de vitesses 12, transmettant le mouvement aux roues motrices 14 du véhicule suivant différents rapports de démultiplication. Une machine électrique 16 pouvant fonctionner en moteur ou en génératrice de courant, comporte un rotor 18 lié à l'arbre primaire 10 de la boîte de vitesses 12, et un stator 20 fixé au carter de cette boîte de vitesses. La machine électrique 16 reliée à un accumulateur électrique 22 par un onduleur 24, est pilotée par un calculateur non représenté qui tient compte de différents paramètres de fonctionnement du véhicule ainsi que de la demande du conducteur, pour fournir un courant électrique de charge de l'accumulateur ou un couple moteur, afin d'optimiser la consommation globale d'énergie du véhicule. La figure 2 présente un pignon de marche arrière 30 qui est monté libre en rotation sur un arbre non représenté de la boîte de vitesses 12. Le pignon de marche arrière 30 comporte des dents d'engrènement 32 aptes à venir en prise avec des dents correspondantes d'un autre pignon non représenté, pour réaliser un rapport de marche arrière en inversant le sens de rotation d'un arbre de sortie de la boîte de vitesses. La figure 3 présente un manchon de crabotage 40 apte à coulisser axialement sur l'arbre portant le pignon de marche arrière 30, pour engager le rapport de marche arrière par le crabotage de ce pignon sur l'arbre. Le manchon 40 est apte à être déplacé par une fourchette non représentée, comportant deux bras dont les extrémités s'ajustent dans une rainure circulaire 42 du manchon, pour le pousser axialement tout en le laissant libre en rotation. Un actionneur piloté par un calculateur électronique, commande le déplacement de la fourchette. Le manchon 40 comporte dans son alésage des cannelures internes 46 qui sont aptes à s'ajuster sur celles d'un moyeu, non représenté, lié à l'arbre, pour transmettre le couple du moteur entre le manchon et l'arbre. Le manchon 40 comporte aussi sur une face avant des dents internes 44 se terminant vers l'avant par une forme en pointe, qui viennent s'emboîter, lors du coulissement axial du manchon, sur des dents externes 34 du pignon de marche arrière 30. On réalise ainsi un crabotage de ce rapport sans synchronisation préalable par un dispositif de synchronisation mécanique comportant des cônes de frottement, ce qui nécessite une réduction suffisante des différences de vitesse du pignon 30 et de son arbre, surtout dans le cas d'un véhicule hybride comprenant un arbre primaire de boîte de vitesses lié à un rotor de machine électrique comportant une inertie importante. Pour ces véhicules hybrides, à partir d'une position point mort où le véhicule est sensiblement à l'arrêt, la machine électrique fournit un couple d'accélération ou de freinage de l'arbre primaire en fonction du nouveau rapport à engager, pour établir une vitesse cible de l'arbre primaire dépendant de la vitesse du véhicule, et synchroniser sa vitesse pour permettre l'engagement de ce nouveau rapport. Cette synchronisation est importante pour éviter notamment un crabotage bruyant, une impossibilité d'engagement de ce rapport, ou un risque d'usure prématurée ou de casse des pièces impliquées dans la synchronisation. En particulier, pour l'engagement du rapport de marche arrière dans le cas où le sol est en pente, et en fonction de la manoeuvre exécutée précédemment par le conducteur, le véhicule peut se déplacer lentement et la machine électrique doit si le véhicule avance établir une certaine vitesse de l'arbre primaire négative, ou si le véhicule recule établir une certaine vitesse positive, pour préparer l'engagement de la marche arrière. Or l'information de vitesse appelée � V_veh_mes �, disponible généralement sur le réseau d'informations du véhicule, du type CAN par exemple, représente la valeur absolue de la vitesse, sans indication du sens de marche, ce qui rend difficile la détermination du sens de rotation pour la vitesse cible de l'arbre primaire. La figure 4 est un tableau présentant quatre possibilités de déplacement d'un véhicule se trouvant encore au point mort : - cas 1) le véhicule avance sur une montée, et donc ralentit ; - cas 2) le véhicule avance sur une descente, et donc accélère ; - cas 3) le véhicule recule sur une montée, et donc accélère ; et - cas 4) le véhicule recule sur une descente, et donc ralentit. Le procédé selon l'invention de détermination de la vitesse cible de rotation de l'arbre primaire est le suivant. Le calculateur lié à la commande de la boîte de vitesses, utilise la vitesse du véhicule V_veh_mes disponible sur le réseau d'informations du véhicule, pour calculer sa dérivée par rapport au temps d(V_veh_mes) / dt, et établir si le véhicule : - accélère avec d(V_veh_mes) / dt > 0 ; ou - ralentit avec d(V_veh_mes) / dt On obtient les choix suivants : - C_ap_nat_est 0, et d(V_veh_mes) / dt > 0 -cas 2) ; - C_ap_nat_est 0 - cas 3) ; et - C_ap_nat_est > 0, et d(V_veh_mes) / dt On réalise ainsi simplement la détermination du sens de déplacement du véhicule, ce qui permet sans risque d'erreur de choisir le sens de rotation pour la vitesse de l'arbre primaire à appliquer par la machine électrique. D'une manière générale, ce procédé peut être utilisé préalablement à l'engagement d'un rapport de marche arrière, ou de marche avant comme le premier rapport, à partir de la position de point mort. REVENDICATIONS 1 û Procédé de pilotage d'un changement de rapport de vitesse, pour préparer à partir d'une position de point mort l'engagement d'un rapport d'une boîte de vitesses pilotée (12) reliée à un calculateur, sur un véhicule hybride comprenant une machine électrique (16) liée à l'arbre primaire de la boîte de vitesses et apte à appliquer un couple moteur sur l'arbre primaire, caractérisé en ce qu'il consiste à calculer la dérivée de la vitesse du véhicule par rapport au temps (d(V_veh_mes) / dt), à comparer son signe avec celui de l'accélération longitudinale du véhicule pour établir le sens de marche du véhicule et, en fonction de ce sens, à piloter la machine électrique pour qu'elle applique le couple dans un sens assurant une synchronisation optimale des vitesses quelle que soient le sens de la pente et le sens d'avancement ou de recul du véhicule sur ladite pente. 2 û Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule comporte un capteur de mesure de l'accélération longitudinale du véhicule. 3 û Procédé de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signe de l'accélération longitudinale du véhicule est déterminé à partir de celui de la valeur du couple extérieur appliqué sur les roues (C_ap_nat_est), cette valeur du couple extérieur étant calculée en utilisant différents paramètres du véhicule, comprenant l'accélération longitudinale. 4 û Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse du véhicule (V veh mes) ou le couple extérieur appliqué sur les roues (C_ap_nat_est), est obtenu sur un réseau d'informations interne du véhicule du type CAN. 5 û Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport à engager sur la boîte de vitesses pilotée est la marche arrière. 6 - Procédé de pilotage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport de marche arrière est engagé par un manchon ne comportant pasde dispositif de synchronisation mécanique comprenant des cônes de frottement. 7 ù Procédé de pilotage selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la machine électrique (16) liée à l'arbre primaire (10) de la boîte de vitesses (12), ajuste la vitesse de cet arbre primaire en fonction de la vitesse du véhicule (V_veh_mes), avec un sens de rotation inversé par rapport à celui du sens d'avancement du véhicule.