Brevet FR2930218A1 — publié le 20091023

DEMANDE DE BREVET B07-4724FR ODE/EHE Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé de commande du système de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable bi-modes. Invention de : Mehdi GATI Philippe POGNANT-GROS Système et procédé de commande du système de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable bi-modes. La présente invention concerne la commande des systèmes de transmission pour véhicules automobiles et plus particulièrement la commande des transmissions infiniment variables. Les transmissions infiniment variables ont trouvé un essor particulier avec les véhicules automobiles à propulsion hybride. En effet, les transmissions infiniment variables offrent la possibilité de moduler ou d'augmenter le couple délivré par une source motrice principale en faisant varier les couples délivrés par deux sources motrices secondaires. Dans le cas d'un véhicule automobile à propulsion hybride, la source motrice principale est un moteur à combustion interne, et les sources motrices secondaires sont généralement des machines électriques pouvant fonctionner en moteur électrique ou en système de freinage récupératif. Ainsi équipé, un véhicule hybride est capable de simuler une boîte de vitesses et passer d'un fonctionnement en marche avant à un fonctionnement en marche arrière ou, de manière générale, de passer d'un premier mode de fonctionnement à un deuxième mode de fonctionnement. Une transmission infiniment variable à deux modes est illustrée par les demandes de brevets Renault FR2847014, FR2847015, FR2847321 et FR2859669. Cependant, la transmission infiniment variable ne délivrant aucun couple pendant la phase transitoire de changement de mode, cette phase doit être la plus courte possible. La présente invention vise ainsi à réguler cette phase afin d'optimiser le temps de transition. Plus particulièrement, le but de l'invention est de permettre de passer du mode marche avant au mode marche arrière, et réciproquement, pour un véhicule automobile hybride comprenant une transmission infiniment variable. L'invention a donc pour objet un système de commande de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable pour un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, au moins deux machines électriques, une transmission infiniment variable reliée mécaniquement au moteur à combustion interne, aux machines électriques et aux roues du véhicule, des étages de réduction, un élément de stockage électrique, des moyens de détermination des vitesses de rotation des machines électriques et des roues, et une unité de commande électronique commandant des moyens de commande de changement de mode marche avant/arrière tels que des coupleurs. L'unité de commande électronique comprend des moyens de régulation en boucle fermée de la phase de changement de mode capables d'asservir le régime du moteur à combustion interne, le couple à la roue, et la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Ainsi, le changement de mode marche avant/arrière est réalisé en ayant une phase transitoire la plus courte possible. Selon un mode de réalisation, le moteur à combustion interne est connecté au moyen de commande de changement de mode, et à la couronne d'un premier train épicycloïdal de ladite transmission infiniment variable dont le planétaire est connecté à une première machine électrique et le porte satellite est couplé au planétaire d'un deuxième train épicycloïdal dont le porte satellite est immobilisé et la couronne est couplée à la couronne d'un troisième train épicycloïdal et au porte satellite d'un quatrième train épicycloïdal par l'intermédiaire d'un réducteur. Les roues du véhicule peuvent être connectées à la transmission infiniment variable par l'intermédiaire de deux réducteurs couplés au porte satellite du troisième train épicycloïdal dont le planétaire est couplé au moyen de changement de mode via un réducteur. Une deuxième machine électrique peut être couplée au planétaire du quatrième train épicycloïdal dont la couronne est immobilisée. Par exemple, le moyen de changement de mode comprend deux coupleurs, éléments mécaniques comprenant chacun deux bornes. On peut alors relier une borne de chaque coupleur au planétaire du troisième train épicycloïdal via un réducteur, tandis que la deuxième borne du premier coupleur peut être reliée au moteur à combustion interne, et la deuxième borne du second coupleur est reliée à un frein. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de commande d'un système de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable pour un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, au moins deux machines électriques, une transmission infiniment variable reliée mécaniquement au moteur à combustion interne, aux machines électriques et aux roues du véhicule, des étages de réduction, un élément de stockage électrique, dans lequel on détermine des vitesses de rotation des machines électriques et des roues. Selon une caractéristique de ce procédé, pour passer d'un mode de fonctionnement à l'autre, dans une première étape on libère le premier coupleur tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime du moteur à combustion interne, du couple à la roue, et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Puis, dans une seconde étape, on actionne le deuxième coupleur de façon à solidariser les deux éléments auxquels ledit deuxième coupleur est relié, tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime du moteur à combustion interne et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Dans un mode de mise en oeuvre, pour libérer le premier coupleur tout en maintenant la régulation du régime du moteur à combustion interne, du couple à la roue, et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques, on annule préférentiellement le couple aux bornes dudit coupleur pour pouvoir l'ouvrir, on asservit le régime du moteur à combustion interne sur une valeur de référence, et on asservit la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques sur une puissance de référence. Pour actionner le deuxième coupleur de façon à solidariser les deux éléments auxquels ledit deuxième coupleur est relié, on peut annuler la vitesse différentielle aux bornes du coupleur qu'on désire fermer, on asservit le régime du moteur à combustion interne, et on asservit la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques sur une puissance de référence. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on calcule les valeurs des couples électriques de chacune des deux machines électriques, ainsi que le couple du moteur à combustion interne à appliquer pour commander la transmission infiniment variable à partir d'un système de variables comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques, le régime du moteur à combustion interne, et le couple aux bornes du coupleur lors de la première étape, et à partir d'un système de variables comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques, le régime du moteur à combustion interne, et la vitesse différentielle aux bornes du coupleur lors de la seconde étape, et tenant compte dans les deux étapes des valeurs de couples de perturbation estimés issues de la régulation. Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on estime dans les deux étapes la valeur des couples de perturbations, tel qu'un couple résistant correspondant aux frottements du moteur à combustion interne et un couple correspondant aux frottements et résistances à l'avancement ramené à la roue, à l'aide d'observateurs d'état qui agissent sur des paramètres caractéristiques du système E-IVT défini par le moteur à combustion interne, les roues motrices, et la transmission infiniment variable, telles que les vitesses de rotation des deux machines électriques et des roues. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 décrit la structure générale d'un groupe motopropulseur hybride comprenant une transmission infiniment variable à deux modes ; - la figure 2 illustre une architecture de commande de la première étape de changement de mode ; et - la figure 3 illustre une architecture de commande de la seconde étape de changement de mode. Sur la figure 1, on a représenté, de manière très schématique, la structure générale d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne 1, deux machines électriques 2a et 2b, un élément de stockage électrique 3 relié aux machines électriques 2a et 3b via des connexions 3a et 3b, une transmission infiniment variable 4, et des roues motrices 5a et 5b reliées entre elles via une connexion 5c. La transmission infiniment variable comprend 4 trains épicycloïdaux 6, 7, 8, 9, deux coupleurs 10 et 1l, et trois freins 12, 13, 14. Le premier train épicycloïdal 6 est relié par sa couronne au moteur à combustion interne 1, par son planétaire à la première machine électrique 2a, par son porte satellite au planétaire du second train épicycloïdal 7. Le porte satellite du second train épicycloïdal 7 est relié au frein 13, immobilisant ainsi le porte satellite du train épicycloïdal. La couronne du train épicycloïdal 7 est reliée à la couronne du troisième train épicycloïdal 8 par l'intermédiaire d'un réducteur 15. La couronne du troisième train épicycloïdal 8 est également reliée au porte satellite du quatrième train épicycloïdal 9. Le planétaire de ce quatrième train épicycloïdal 9 est relié à la seconde machine électrique 2b tandis que sa couronne est reliée au frein 14, immobilisant ainsi la couronne du train. Les roues du véhicules 5a et 5b sont reliées au porte satellite du troisième train épicycloïdal 8, via deux réducteurs 16, 17. Une des bornes du premier coupleur 10 est reliée au moteur à combustion interne 1, tandis que l'autre borne est connectée au planétaire du troisième train épicycloïdal 8 via un réducteur 18. L'une des bornes du second coupleur 11 est couplée au frein 12, l'autre borne étant couplée, comme le premier coupleur, au planétaire du troisième train épicycloïdal 8 via le réducteur 18. La transmission infiniment variable 4 illustrée par la figure 1 comprend deux modes de fonctionnement. Le changement de mode est donc assuré par le premier coupleur 10 et le deuxième coupleur 11. Un coupleur est un élément mécanique comprenant deux bornes. D'une manière générale, lors de la fermeture d'un coupleur, les vitesses de rotation à ses bornes doivent être égales. Si on applique cette restriction au cas de la transmission infiniment variable à deux modes, on doit tenir compte du fait que le premier coupleur 10 est relié par une de ses bornes au moteur à combustion interne 1 et par l'autre borne au planétaire du troisième train épicycloïdal 8 via le réducteur 18. Lorsque l'on souhaite fermer le premier coupleur 10, les vitesses à ses bornes devant être égales. La vitesse de rotation du moteur à combustion interne 1, et celle du planétaire du troisième train épicycloïdal 8 doivent être égales, le facteur de réduction pris en compte. De même, le second coupleur 11 est relié par une de ses bornes au frein 12 et par l'autre borne au planétaire du troisième train épicycloïdal 8 via le réducteur 18. Lorsque l'on veut fermer le second coupleur 11, sa borne reliée au troisième train épicycloïdal 8 doit présenter une vitesse de rotation égale à celle de la borne reliée au frein 12. Ainsi, on en déduit que les vitesses de rotation aux bornes du second coupleur 11 doivent être nulles lors de sa fermeture. En mode marche avant, le premier coupleur 10 est fermé et le second coupleur 11 est ouvert. Ce qui implique que les vitesses de rotation du moteur à combustion interne 1 et du train épicycloïdal 8 sont égales, le réducteur 18 pris en compte au sein de la comparaison. En mode marche arrière, la configuration est inversée, c'est-à-dire que le premier coupleur 10 est ouvert tandis que le deuxième coupleur 11 est fermé, rendant la vitesse du planétaire du troisième train épicycloïdal 8 complètement nulle. On effectue le passage d'une configuration à l'autre par une position où les deux coupleurs 10 et 11 sont ouverts. Dans cette configuration, aucun couple du moteur 1 et/ou des machines électriques 2a et 2b ne peut être transmis. I1 est donc très important que cette phase transitoire dure le moins longtemps possible. Pour cela les performances de la régulation de la phase de changement de mode sont très importantes. La régulation des deux étapes caractérisant le passage du mode marche avant au mode marche arrière, et réciproquement, est illustrée sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2, on présente une première phase consistant à libérer le premier coupleur tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime moteur, du couple à la roue, et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Pour cela, dans une première étape 201, on calcule la valeur des couples de chacune des deux machines électriques Tel et Te2 et du couple du moteur à combustion interne Tice à partir d'un système de variables d'entrées comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques, le régime du moteur, et le couple aux bornes du coupleur, introduit par une liaison 210. Dans une deuxième étape 202, la valeur des couples des trois actionneurs est introduite via une liaison 211 dans le système de transmission infiniment variable à commander, comprenant le moteur à combustion interne, les deux machines électriques, les roues motrices, et la transmission infiniment variable. On détermine la vitesse de rotation de chacune des deux machines électriques Wel et We2 ainsi que la vitesse de rotation des roues Wwh à l'aide de moyen de mesures tels que des capteurs. Ces paramètres caractéristiques du système de transmission infiniment variable sont fournis par une liaison 212 à des observateurs d'états dans une troisième étape 203 permettant une estimation des couples de perturbation Tdice, couple résistant correspondant aux frottements du moteur thermique, et Tdwh, couple correspondant aux frottements et résistances à l'avancement ramené à la roue. Ces couples de perturbation sont pris en compte à l'aide d'une liaison 213, lors de la première étape 201 calculant la valeur des couples des trois actionneurs du système de transmission infiniment variable, permettant ainsi l'asservissement du couple à la roue à zéro, du régime moteur, et de la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Sur la figure 3, on présente une seconde phase consistant à actionner le second coupleur de façon à solidariser les deux éléments auxquels ledit deuxième coupleur est relié, tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime moteur et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. Pour cela, dans une première sous étape 301, on annule la vitesse différentielle aux bornes du coupleur, et on calcule la valeur des couples de chacune des deux machines électriques Tel et Te2 et du couple du moteur à combustion interne Tice à partir d'un système de variables d'entrées comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques, le régime du moteur, et la vitesse différentielle aux bornes du coupleur, introduit par une liaison 310. Dans une deuxième étape 302, la valeur des couples des trois actionneurs est introduite via une liaison 311 dans le système de transmission infiniment variable à commander, comprenant le moteur à combustion interne, les deux machines électriques, les roues motrices, et la transmission infiniment variable. On détermine la vitesse de rotation de chacune des deux machines électriques Wel et We2 ainsi que la vitesse de rotation des roues Wwh à l'aide de moyen de mesures tels que des capteurs. Ces paramètres caractéristiques du système de transmission infiniment variable sont fournis par une liaison 312 à des observateurs d'états dans une troisième étape 303 permettant une estimation des couples de perturbation Tdice, couple résistant correspondant aux frottements du moteur thermique, et Tdwh, couple correspondant aux frottements et résistances à l'avancement ramené à la roue. Ces couples de perturbation sont pris en compte à l'aide d'une liaison 313, au cours de la première étape 301 calculant la valeur des couples des trois actionneurs du système de transmission infiniment variable, permettant ainsi l'asservissement de la vitesse différentielle aux bornes du coupleur à zéro, du régime moteur, et de la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique et les machines électriques. La régulation ainsi faite dans les deux étapes de la phase de changement de mode marche avant/arrière du système de transmission infiniment variable permet de réduire au minimum le temps de transition en calculant la commande des actionneurs disponibles, et d'optimiser le fonctionnement du système. REVENDICATIONS1. Système de commande de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable (4) pour un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (1), au moins deux machines électriques (2a et 2b), une transmission infiniment variable (4) reliée mécaniquement au moteur à combustion interne (1), aux machines électriques (2a et 2b) et aux roues (5a et 5b) du véhicule, des étages de réduction (15, 16, 17, 18), un élément de stockage électrique (3), des moyens de détermination des vitesses de rotation des machines électriques et des roues, et une unité de commande électronique commandant des moyens de commande de changement de mode marche avant/arrière tels que des coupleurs (10, 11), caractérisé par le fait que l'unité de commande électronique comprend des moyens de régulation en boucle fermée de la phase de changement de mode capables d'asservir le régime du moteur à combustion interne (1), le couple à la roue, et la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b). 2. Système selon la revendication précédente, dans lequel le moteur à combustion interne (1) est connecté au moyen de commande de changement de mode, et à la couronne d'un premier train épicycloïdal (6) de ladite transmission infiniment variable (4) dont le planétaire est connecté à une première machine électrique (2a) et le porte satellite est couplé au planétaire d'un deuxième train épicycloïdal (7) dont le porte satellite est immobilisé et la couronne est couplée à la couronne d'un troisième train épicycloïdal (8) et au porte satellite d'un quatrième train épicycloïdal (9) par l'intermédiaire d'un réducteur. 12 3. Système selon la revendication 2, dans lequel les roues (5a et 5b) du véhicule sont connectées à la transmission infiniment variable (4) par l'intermédiaire de deux réducteurs (16, 17) couplés au porte satellite du troisième train épicycloïdal (8) dont le planétaire est couplé au moyen de changement de mode via un réducteur (18). 4. Système selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel une deuxième machine électrique (2b) est couplée au planétaire du quatrième train épicycloïdal (2) dont la couronne est immobilisée. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le moyen de changement de mode est constitué de deux coupleurs (10, 11), la première borne de chaque coupleur (10, 11) étant reliée au planétaire du troisième train épicycloïdal (8) via un réducteur (18), tandis que la deuxième borne du premier coupleur (10) est reliée au moteur à combustion interne (1), et la deuxième borne du second coupleur (11) est reliée à un frein (12). 6. Procédé de commande d'un système de changement de mode marche avant/arrière d'une transmission infiniment variable (4) pour un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (1), au moins deux machines électriques (2a et 2b), une transmission infiniment variable (4) reliée mécaniquement au moteur à combustion interne (1), aux machines électriques (2a et 2b) et aux roues (5a et 5b) du véhicule, des étages de réduction (15, 16, 17, 18), un élément de stockage électrique (3), dans lequel on détermine des vitesses de rotation des machines électriques (2a et 2b) et des roues (5a et Sb), caractérisé en ce que pour passer d'un mode de fonctionnement à l'autre, dans une première étape on libère le premier coupleur tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime du moteur à combustion interne (1), du couple à la roue, et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b), puis dans une seconde étape 13 on actionne le deuxième coupleur de façon à solidariser les deux éléments auxquels ledit deuxième coupleur est relié, tout en maintenant la régulation en boucle fermée du régime du moteur à combustion interne (1) et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour libérer le premier coupleur tout en maintenant la régulation du régime du moteur à combustion interne (1), du couple à la roue, et de la somme des puissances transitant entre l'élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b), on annule le couple aux bornes dudit coupleur pour pouvoir l'ouvrir, on asservit le régime du moteur à combustion interne (1) sur une valeur de référence, et on asservit la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b) sur une puissance de référence. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour actionner le deuxième coupleur de façon à solidariser les deux éléments auxquels ledit deuxième coupleur est relié, on annule la vitesse différentielle aux bornes du coupleur qu'on désire fermer, on asservit le régime du moteur à combustion interne (1), et on asservit la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b) sur une puissance de référence. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel on calcule les valeurs des couples électriques de chacune des deux machines électriques (2a et 2b), ainsi que le couple du moteur à combustion interne (1) à appliquer pour commander la transmission infiniment variable (4) à partir d'un système de variables comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de 14 stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b), le régime du moteur à combustion interne (1), et le couple aux bornes du coupleur lors de la première étape, et à partir d'un système de variables comprenant la somme des puissances transitant entre un élément de stockage d'énergie électrique (3) et les machines électriques (2a et 2b), le régime du moteur à combustion interne (1), et la vitesse différentielle aux bornes du coupleur lors de la seconde étape, et tenant compte dans les deux étapes des valeurs de couples de perturbation estimés issues de la régulation. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on estime dans les deux étapes la valeur des couples de perturbations, tel qu'un couple résistant correspondant aux frottements du moteur à combustion interne (1) et un couple correspondant aux frottements et résistances à l'avancement ramené à la roue, à l'aide d'observateurs d'état qui agissent sur des paramètres caractéristiques du système de transmission infiniment variable défini par le moteur à combustion interne (1), les roues motrices (5a et 5b), et la transmission infiniment variable (4), telles que les vitesses de rotation des deux machines électriques (2a et 2b) et des roues (5a et 5b).