Brevet FR2917695A1 — publié le 20081226

La présente invention concerne un système de contrôle et de commande d'une transmission, pour un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et par au moins une machine électrique, via une chaîne cinématique apte à entraîner au moins une roue du véhicule avec un rapport de vitesses infiniment variable. La machine électrique est une machine réversible, qui peut fonctionner soit en mode moteur soit en mode générateur. Un tel système peut présenter comme particularité que la transmission du mouvement de propulsion à la roue motrice (ou aux roues motrices) se fait sans l'intermédiaire, en sortie du moteur thermique, d'un coupleur tel qu'un embrayage ou un convertisseur. L'invention s'adresse plus particulièrement, mais non exclusivement, à un système du genre ci-dessus mentionné destiné à équiper un véhicule propulsé par un moteur thermique et par une paire de machines électriques, ces dernières étant reliées par un élément tampon permettant un stockage d'énergie électrique, cet élément tampon pouvant être notamment une batterie ou des super condensateurs. Une architecture de ce type est décrite par exemple dans les documents de brevet WO 02 /50452, EP 1 373 001 et EP 1 255 175. Le document WO 02 /50452 concerne une architecture à deux 20 machines électriques et un moteur thermique. Le document EP 1 373 001 se rapporte à une évolution de cette architecture vers un fonctionnement bi mode. Enfin, le document EP 1 255 175 définit l'architecture globale du contrôle, et en particulier la couche désignée CORG (commande d'organes) qui 25 détermine les signaux de commande des actionneurs pour le respect des consignes de régime du moteur thermique, du couple à la roue et de la puissance batterie. La figure 1 annexée est un schéma illustratif d'une transmission de ce type, qui est comprise dans l'état de la technique. On y distingue la chaîne cinématique qui comprend quatre arbres 30 d'entrée/sortie, correspondant au moteur thermique, à chaque machine électrique, et aux roues motrices. Sur cette figure et dans la suite de la présente description : Tel et Tee représentent les couples appliqués par chaque machine électrique N 1, respectivement Na 2 ; Tice représente le couple appliqué par le moteur thermique ; To représente le couple appliqué aux roues ; Wei We2 et W1Ce représentent respectivement les vitesses de rotation des machines électriques N 1 et N 2, et du moteur thermique ; W Wh représente la vitesse de rotation des roues ; Ecapa représente l'énergie contenue dans l'élément de stockage ; Le symbole # affecté en exposant à une variable signifie qu'il 10 s'agit d'une valeur de consigne de cette variable ; en l'absence de cet exposant, il s'agit d'une valeur instantanée. Dans un ensemble de ce genre, on souhaite calculer la commande des actionneurs disponibles, à savoir les deux machines électriques et, éventuellement, le moteur thermique, permettant de réaliser le point de fonctionnement requis par 15 les couches supérieures de supervision. Cette commande doit respecter des spécifications de performance, présenter des propriétés de robustesse, tout en assurant une régulation correcte de l'élément tampon d'énergie. Un tel système est multivariable, ce qui signifie qu'une commande sur un actionneur induit des effets sur l'ensemble des grandeurs physiques à 20 commander. En d'autres termes, vouloir affecter un actionneur à une grandeur à commander est très délicat, voire impossible à réaliser, sauf à risquer de dégrader fortement la performance globale du système commandé. D'un point de vue opposé, il peut apparaître séduisant de concevoir 25 une loi de commande pleinement multivariable, selon laquelle la commande d'une grandeur physique se réalise par une action simultanée et coopérative de tous les actionneurs. Cependant, dans ce cas, l'architecture de contrôle qui doit y être associée est complexe et perd en partie son sens physique. En outre, une telle loi de commande est difficile, non seulement à analyser, mais aussi à mettre en oeuvre sur 30 un calculateur, à cause des contraintes liées à la sécurité de fonctionnement. C'est pourquoi il apparaît préférable d'implémenter sur un calculateur une loi de commande moins couplée, par laquelle le contrôle d'une grandeur physique donnée est réalisée au moyen d'un ou de deux actionneurs seulement, et non au moyen des trois actionneurs simultanément. 35 De plus, pour des raisons liées à la connaissance du système et au comportement dynamique des actionneurs -tels que le retard de couple du moteur thermique en fonction de sa température par exemple, les temps de réponse des actionneurs, ou la cartographie du moteur thermique - il apparaît judicieux de rassembler dans une même loi de commande les actionneurs identiques (ou à tout le moins de même nature), en l'occurrence les machines électriques. En nous référant à nouveau à la représentation de la figure 1, il a été constaté qu'au sein d'un tel système, les variables Tel, Tee ,T1Ce , et To sont liées par une relation quasi linéaire et pratiquement indépendante du temps. En effet, si l'on fait abstraction des raideurs de la transmission et des frottements des machines, on obtient l'équation suivante : a Tel + ii Tee + y T1Ce + r~ To = 0, dans laquelle a, fi, y et ri sont des constantes physiques déterminées par la nature du système. Du point de vue du contrôle, on considère que les couples Tel, Tee et Tice sont des grandeurs pouvant être déterminées instantanément et directement par un module correcteur dont est pourvu le système. La figure 2 annexée est un schéma qui représente un système de 15 commande et de contrôle à correction pleinement multivariable de type connu, comprenant un module correcteur 1 et une unité de commande 2. Dans cette architecture, le module correcteur 1 reçoit en entrée les mesures de Ecapa, Wei et We2, ainsi que les valeurs de consigne To#, Wiee # et Ecapa#. Il détermine l'écart du système aux valeurs de consigne, et calcule alors 20 instantanément et directement les valeurs Tel, Tee et Tice. Les signaux correspondant sont transmis à l'entrée de l'unité de commande 2 qui pilote en conséquence la transmission, en régissant les grandeurs W1Cef To , et Ecapa adaptées, conformément à un programme prédéfini destiné à gérer la propulsion du véhicule. Une telle architecture est complexe car le module correcteur 25 multivariable 1, qui traite trois grandeurs en entrée et trois grandeurs en sortie, équivaut fonctionnellement à neuf (3 x 3) correcteurs élémentaires. L'objectif de l'invention est de simplifier l'architecture, en tirant parti de la relation algébrique mentionnée plus haut, qui lie les trois valeurs de commande Tel, Tee et Tice à la valeur à asservir To. 30 En effet, grâce à cette relation, il est possible de scinder le module correcteur en deux parties indépendantes ayant chacune des objectifs et des moyens d'action différents. Le module correcteur unique 1 illustré sur la figure 2 détermine donc, comme expliqué plus haut, les commandes Tel, Tee et Tice à partir des erreurs 35 de suivi des variables à asservir, à savoir W1Ce , To , et Ecapa. Une méthode de synthèse possible d'un tel correcteur est l'utilisation des méthodes de synthèse (outils mathématiques) désignées dans le domaine de l'automatisme sous le vocable Hinfni. De tels outils de synthèse de correcteur utilisent un cadre mathématique spécifique appelé modèle, qui définit les caractéristiques de ce dernier. A cet effet, on détermine notamment quels sont les actionneurs, les variables à réguler et les 5 éléments susceptibles de perturber cette régulation. C'est la prise en compte de la relation algébrique précitée qui permet de modifier l'architecture d'un tel modèle afin de scinder le correcteur en deux parties indépendantes. L'invention a donc pour objet un système de contrôle et de 10 commande d'une transmission, pour un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et par au moins un machine électrique, via une chaîne cinématique apte à entraîner au moins une roue du véhicule avec un rapport de vitesses infiniment variable, qui comprend un module correcteur et une unité de commande, dans lequel : 15 le module correcteur reçoit en première entrée au moins un signal correspondant à la valeur de consigne W1Ce# de la vitesse du moteur thermique, ainsi que des mesures permettant de déterminer l'écart du système par rapport à cette valeur ; le module correcteur délivre en sortie au moins un signal correspondant à la 20 valeur Te du couple de la machine électrique et le transmet comme signal d'entrée à l'unité de commande ; l'unité de commande délivre en sortie au moins un signal déterminant la vitesse W1Ce imprimée au moteur thermique et un signal To déterminant le couple appliqué à la roue. 25 -Conformément à l'invention, il comporte un second module correcteur, qui reçoit en entrée, d'une part le signal correspondant à la valeur Te du couple de la machine électrique qui est capté à l'entrée de l'unité de commande, et, d'autre part, la valeur de consigne To# du couple du moteur thermique, et délivre en sortie un signal correspondant à la valeur 30 T1Ce du couple du moteur thermique, signal qu'il transmet en entrée de l'unité de commande. Dans un mode de réalisation préférentiel, ce système s'adresse à un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et par deux machines électriques qui sont reliées l'une à l'autre par un élément de 35 stockage d'énergie. Dans ce cas, conformément à l'invention, le premier module correcteur délivre en sortie deux signaux correspondant aux valeurs Tel et Tee des couples de chaque machine électrique et les transmet comme signaux d'entrée à l'unité de commande, chacun de ces signaux étant capté et transmis en entrée dudit second module correcteur. De manière particulièrement avantageuse, dans ce même cas, le premier module correcteur reçoit également en première entrée un signal correspondant à la valeur de consigne Eeapa# de l'énergie contenue dans l'élément de stockage d'énergie, l'unité de commande délivre en sortie un signal déterminant cette énergie de stockage Ecapa, et ce signal est capté en sortie de l'unité de commande et transmis en seconde entrée audit premier module correcteur. Le second module correcteur peut être un calculateur algébrique conçu pour résoudre l'équation a Tel + (3 Tee + y Tice + To = 0, dans laquelle a, (3, y et rl sont des constantes physiques. Le second module correcteur comporte avantageusement des dynamiques aptes à en augmenter les performances Avantageusement, le premier module correcteur est du type multivariable, utilisant par exemple des méthodes de synthèse Hiä fä i. Enfin, il va de soi qu'un tel système ne contrôle pas forcément une 20 seule roue motrice du véhicule. L'invention s'applique également à la commande et au contrôle plusieurs roues du véhicule, par exemple un train de roues gauche et droite, entraîné par la chaîne cinématique du système. La figure 3 est un schéma analogue à celui de la figure 2, qui illustre 25 à simple titre d'exemple non limitatif, l'architecture d'un système conforme à l'invention, appliqué à une configuration à un moteur thermique et à deux machines électriques reliées par un élément tampon, du genre représenté sur la figure 1. Sur ce schéma, l'unité de commande porte la référence 5. On constate que le système comporte deux modules correcteurs 30 distincts, référencés 3 et 4. Le premier module correcteur 3 reçoit deux signaux en entrée, l'un correspondant à la valeur de consigne W1Ce# de la vitesse du moteur thermique et l'autre correspondant à la valeur de consigne Ecapa# de l'énergie contenue dans l'élément de stockage d'énergie. 35 De plus, il reçoit les mesures de Ecapa, Wei et We2. Le premier module correcteur 3 délivre en sortie deux signaux correspondant aux valeurs Tel et Tee des couples de chaque machine électrique et les transmet comme signaux d'entrée à l'unité de commande 5, chacun de ces signaux étant capté et transmis en entrée du second module correcteur 4. Ce dernier reçoit également en entrée la valeur de consigne To# du couple du moteur thermique, et délivre en sortie un signal correspondant à la valeur Tice du couple du moteur thermique. Il le transmet en entrée de l'unité de commande 5. L'unité de commande 5 délivre en sortie un signal To définissant le couple appliqué à la roue, un signal définissant la vitesse W1Ce imprimée au moteur thermique ainsi qu'un signal définissant l'énergie de stockage Ecapa de l'élément tampon intercalé entre les deux machines électriques. Ainsi, selon cette nouvelle configuration de structure, Tel et Te2 régulent W1Ce et Ecapa, tandis que Tice est déterminé dans le second module correcteur 4 à partir de la relation algébrique susmentionnée, dans l'établissement de laquelle on utilise Tel et Te2 calculés par le premier module correcteur 3 ainsi que la valeur de consigne To# Le premier correcteur 3 demeure de type multivariable, puisqu'il asservit Wice et à Ecapa grâce à deux actionneurs (les deux machines électriques). Comme indiqué précédemment, un exemple d'application pour la synthèse de ce correcteur est l'utilisation des méthodes de synthèse Hinfini• Un avantage de cette architecture est que la structure de contrôle obtenue est moins importante en termes de temps de calcul et d'implantation au sein d'un calculateur. En effet, le second correcteur 4 doit simplement traiter une relation algébrique, tandis que le premier 3 est un correcteur multivariable assurant le suivi de deux variables. Globalement le système comporte donc seulement cinq correcteurs élémentaires (1 + 2 x 2) au lieu de neuf (3 x 3) dans le cas précédent illustré sur la figure 2. Avec une telle structure on obtient un premier correcteur qui se comporte quasiment comme une boîte de vitesses classique. En fait il en a exactement l'objectif, à savoir régler le rapport de vitesses entre le moteur thermique et les roues, avec comme fonction additionnelle un rôle de gestion du flux d'énergie entrante ou sortante de l'élément de stockage. Le second correcteur commande To par Tice. On obtient ainsi un comportement très proche des transmissions classiques dans lesquelles les fonctions 35 de réglage du rapport de boîte et de régulation du couple à la roue par le couple du moteur thermique sont des fonctions indépendantes. Cette analogie permet de réutiliser des outils ou des méthodes déjà mis en oeuvre pour des transmissions classiques. Il convient de noter que ce principe de découplage du contrôle peut être transposé à d'autres structures que celle décrite ici, y compris lorsqu'il y a une seule machine électrique ou lorsqu'il y en a plus de deux. Pour cela il suffit qu'il y ait une relation algébrique entre le couple To à la roue, le couple Tice du moteur thermique et le (ou les) couple(s) Te (Tel, Te2, 10 Te3 ...) de la (des) machine(s) électrique(s). REVENDICATIONS 1. Système de contrôle et de commande d'une transmission, pour un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et par au moins un machine électrique, via une chaîne cinématique apte à entraîner au moins une roue du véhicule avec un rapport de vitesses infiniment variable, qui comprend un module correcteur (3), et une unité de commande (5), dans lequel : le module correcteur (3) reçoit en première entrée au moins un signal correspondant à la valeur de consigne W1Ce# de la vitesse du moteur thermique ainsi que des mesures permettant de déterminer l'écart du système par rapport à cette valeur ; - le module correcteur (3) délivre en sortie au moins un signal correspondant à la valeur Te du couple de la machine électrique et le transmet comme signal d'entrée à l'unité de commande (5); l'unité de commande (5) délivre en sortie au moins un signal déterminant la vitesse Wice imprimée au moteur thermique et un signal To déterminant le couple appliqué à la roue ; caractérisé par le fait qu'il comporte un second module correcteur (4), qui reçoit en entrée, d'une part le signal correspondant à la valeur Te du couple de la machine électrique qui est capté à l'entrée de l'unité de commande (5), et, d'autre part, la valeur de consigne To# du couple du moteur thermique, et délivre en sortie un signal correspondant à la valeur Tice du couple du moteur thermique, signal qu'il transmet en entrée de l'unité de commande (5) . 2. Système de contrôle et de commande selon la revendication 1, pour un véhicule automobile dont la propulsion est assurée par un moteur thermique et par deux machines électriques qui sont reliées l'une à l'autre par un élément de stockage d'énergie, caractérisé par le fait que le premier module correcteur (3) délivre en sortie deux signaux correspondant aux valeurs Tel et Tee des couples de chaque machine électrique et les transmet comme signaux d'entrée à l'unité de commande (5), chacun de ces signaux étant capté et transmis en entrée dudit second module correcteur (4). 3. Système de contrôle et de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier module correcteur (3) reçoit également en première entrée un signal correspondant à la valeur de consigne Eeapa# de l'énergiecontenue dans l'élément de stockage d'énergie, que l'unité de commande (5) délivre en sortie un signal déterminant cette énergie de stockage Ecapa, et que ce signal est capté en sortie de l'unité de commande (5) et transmis en seconde entrée audit premier module correcteur (3). 4. Système de contrôle et de commande selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le second module correcteur (4) est un calculateur algébrique conçu pour résoudre l'équation a Tel + (3 Tee + y Tice + To = 0, dans laquelle a, 13, y et ri sont des constantes physiques. 5. Système de contrôle et de commande selon la revendication 2 ou 10 3, caractérisé par le fait que le second module correcteur (4) comporte des dynamiques aptes à en augmenter les performances. 6. Système de contrôle et de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le premier module correcteur (3) est du type multivariable, utilisant des méthodes de synthèse H;nfini• 15 7. Système de contrôle et de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la chaîne cinématique entraîne plusieurs roues du véhicule, par exemple un train de roues.