Brevet FR2930749A1 — publié le 20091106

B07-1552FR PJ 7618 Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable en mode purement électrique Invention de : KETFI-CHERIF Ahmed POGNANT-GROS Philippe PUGSLEYGareth Système et procédé de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable en mode purement électrique Le domaine de la présente invention est le contrôle des transmissions et plus particulièrement le contrôle 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 variant 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, ou 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 en modulant le couple fourni par le moteur à combustion interne tout à le maintenant à un régime de fonctionnement optimum, généralement un bas régime permettant de limiter les émissions polluantes et la consommation de carburant. Cependant, les machines électriques sont connues pour présenter des couples faibles comparés à ceux des moteurs thermiques. Pour remédier à ces défauts sans augmenter la contribution du moteur à combustion interne, des transmissions infiniment variables ont été mises au point. Ces transmissions présentent deux modes de fonctionnement, un mode de fonctionnement présentant des couples élevés pour une vitesse élevée du véhicule, et un mode de fonctionnement présentant des couples élevés pour une vitesse faible du véhicule. Les deux modes présentent un recouvrement partiel de leurs domaines de vitesses. Ainsi, selon le domaine de vitesse requis par le conducteur, il est nécessaire d'activer l'un ou l'autre des modes de la transmission infiniment variable. Une transmission infiniment variable à deux modes est illustrée par les demandes de brevets Renault FR2845514, FR2845515, FR2847321 et FR2844519. Une fois un mode activé, il est nécessaire d'utiliser le moteur à combustion interne afin d'apporter un couple complémentaire dans les domaines de vitesse dans lesquels le mode de fonctionnement activé ne permet pas de fournir un couple suffisant. Un tel fonctionnement éloigne une propulsion hybride d'un fonctionnement purement électrique. La présente invention a pour objet un système de commande permettant de changer de mode en roulant. La présente invention a également pour objet un système de commande permettant de limiter l'utilisation du moteur à combustion interne. Un autre objet de la présente invention est un procédé de commande permettant de changer de mode en roulant. Selon un aspect de l'invention, on définit un système de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable comprenant un premier mode de fonctionnement à fort couple à haute vitesse et un deuxième mode de fonctionnement à fort couple à basse vitesse, équipant un véhicule automobile par ailleurs muni d'au moins deux machines électriques, d'au moins un moteur à combustion interne, la transmission infiniment variable étant reliée mécaniquement aux machines électriques et au moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détermination de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne, un additionneur apte à réaliser la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne et la mesure de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, un moyen de détermination du couple de la première machine électrique apte à déterminer une consigne de couple de la première machine électrique en fonction de la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne et la vitesse de rotation mesurée du moteur à combustion interne, et un moyen de compensation apte à déterminer une consigne de couple de la deuxième machine électrique en fonction de la consigne de couple de la première machine électrique et de la requête de couple du conducteur. Le système de commande est apte à commander la deuxième machine électrique de façon que le changement de mode puisse se réaliser alors que le véhicule est propulsé, avant et après le changement de mode, sous la seule action d'au moins une machine électrique. Le système de commande peut comprendre un moyen de détermination de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne apte à déterminer une consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne en fonction de la vitesse du véhicule. Le système de commande peut comprendre un moyen de détermination du couple de la première machine électrique, de type Proportionnel Intégral Dérivé, apte à déterminer une consigne de couple de la première machine électrique en fonction de la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne et la vitesse de rotation mesurée du moteur à combustion interne. Le système de commande peut comprendre un moyen de compensation apte à déterminer une consigne de couple de la deuxième machine électrique en fonction de la consigne de couple de la première machine électrique et de la requête de couple du conducteur. Selon un autre aspect de l'invention, on définit un de commande de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable comprenant un premier mode de fonctionnement à fort couple à haute vitesse et un deuxième mode de fonctionnement à fort couple à basse vitesse, équipant un véhicule automobile par ailleurs muni d'au moins deux machines électriques, d'au moins un moteur à combustion interne, la transmission infiniment variable étant reliée mécaniquement aux machines électriques et au moteur à combustion interne. Le procédé de commande comprend des étapes au cours desquelles : on détermine la vitesse du véhicule se déplaçant sous la seule action d'au moins une machine électrique, on déclenche un changement de mode de fonctionnement de la transmission infiniment variable lorsque la vitesse du véhicule dépasse une vitesse de changement de mode de fonctionnement, on maintient la vitesse du véhicule en entraînant ledit véhicule avec le moteur à combustion interne, on agit sur les coupleurs afin de changer de mode, on freine le moteur à combustion interne jusqu'à l'arrêt de son fonctionnement. On peut déterminer une consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne en fonction de la vitesse du véhicule. On peut déterminer une consigne de couple de la première machine électrique par un calcul de type Proportionnel Intégral Dérivé en fonction de la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne et la vitesse de rotation mesurée du moteur à combustion interne. On peut déterminer une consigne de couple de la deuxième machine électrique en fonction de la consigne de couple de la première machine électrique et de la requête de couple du conducteur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments compris dans une transmission infiniment variable bi-mode ; -la figure 2 illustre les principales étapes comprises dans un procédé de changement de mode ; - la figure 3 illustre l'évolution du couple à la roue en fonction de la vitesse du véhicule pour chacun des modes d'une transmission infiniment variable bi-mode ; et -la figure 4 illustre les principaux éléments compris dans un système de changement de mode. Tel qu'illustré à titre d'exemple sur la figure 1, un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile comprend un moteur à combustion interne 1, une première machine électrique 2a, une deuxième machine électrique 2b, un élément de stockage électrique 3 et une transmission infiniment variable 4 comprenant quatre trains épicycloïdaux 6, 7, 8 et 9, un premier coupleur 10, un deuxième coupleur 11, et deux freins 20 et 32. Le premier train épicycloïdal 6 est relié par sa couronne R au moteur à combustion interne 1 par la liaison 15, par son planétaire S à la première machine électrique 2a par la liaison 16, par son porte-satellite SC au planétaire S du deuxième train épicycloïdal 8 par la liaison 17. Le porte-satellite SC du deuxième train épicycloïdal 8 est relié au premier coupleur 10 par la connexion 18 et à la couronne du troisième train épicycloïdal 7 par l'intermédiaire de la liaison 27, du réducteur 28, et de la liaison 29. Le premier coupleur 10 est relié par son autre borne au frein 20 par la liaison 19. Une liaison 22, connectée entre le premier coupleur 10 et le deuxième train épicycloïdal 8, est reliée au deuxième coupleur 11 par l'intermédiaire d'un réducteur 23 et d'une liaison 27. L'autre borne du deuxième coupleur 11 est connectée à la couronne R du deuxième train épicycloïdal 8 par l'intermédiaire d'une liaison 24 d'un réducteur 25 et d'une liaison 26. La liaison 26 est piquée entre le deuxième train épicycloïdal 8 et le réducteur 28. Le planétaire S du troisième train épicycloïdal 7 est connecté au moteur à combustion interne 1 par l'intermédiaire de la liaison 14, du réducteur 13 et de la liaison 12. La couronne R du troisième train épicycloïdal 7 est également relié au porte-satellite SC du quatrième train épicycloïdal 9 par la liaison 30. La couronne R du quatrième train épicycloïdal 9 est relié au frein 32 par la liaison 33, et son planétaire S est connecté à la deuxième machine électrique 2b par la liaison 31. Le porte-satellite SC du troisième train épicycloïdal 7 est relié à une liaison 34, suivie d'un réducteur 35 relié lui-même à un réducteur 37 par une liaison 36, le réducteur 37 étant relié à un système de liaison 38 relié aux roues motrices 53. La première machine électrique 2a et la deuxième machine électrique 2b sont connectées à l'élément de stockage électrique 3 par les connexions 3a et 3b. 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 frein 20. Lorsque l'on veut fermer le premier coupleur 10, sa borne reliée au deuxième train épicycloïdal 8 et au deuxième coupleur 11 doit présenter une vitesse de rotation égale à celle de la borne reliée au frein 20. Ainsi, on en déduit que les vitesses de rotation aux bornes du premier coupleur 10 doivent être nulles lors de sa fermeture. De même, le deuxième coupleur 11 est relié par une de ses bornes à la deuxième machine électrique 2b et par l'autre borne au premier coupleur 10. Lorsque l'on souhaite fermer le deuxième coupleur 11, les vitesses à ses bornes devant être égales, les vitesses de rotation de la deuxième machine électrique 2b et d'une borne du premier coupleur 10 doivent être égale. Le premier mode de fonctionnement est réalisé lorsque le premier coupleur 10 est fermé et le deuxième coupleur 11 ouvert. Le deuxième mode de fonctionnement est réalisé lorsque le premier coupleur 10 est ouvert et le deuxième coupleur 11 est fermé. Afin d'avoir un basculement entre les deux modes sans à-coups, il est préférable de le réaliser avec des vitesses aux bornes des deux coupleurs proches de zéro, ce qui revient à annuler la vitesse de la machine électrique 2b. Par ailleurs, les coupleurs peuvent être de différents types. Les principaux types sont les coupleurs multi-disques ou les coupleurs à crabots. Les coupleurs multi-disques requièrent un système hydraulique maintenant une pression. Les coupleurs à crabots utilisent une complémentarité de forme et ne nécessitent pas de système actif pour les maintenir en place. Ils permettent de réaliser ainsi un gain de consommation d'énergie. Dans un véhicule hybride énergétiquement économe, la solution de coupleurs à crabots est donc préférentiellement retenue. Le fonctionnement des coupleurs à crabots requiert un couple nul à leurs bornes lors d'un engagement ou désengagement. En intégrant cette condition, il résulte que dans le cas de basculement entre les deux modes de fonctionnement, le couple de la machine 2a doit être nul. Si on considère la vitesse de rotation du moteur à combustion interne Wiee, la vitesse de rotation de la première machine électrique Wei, la vitesse de rotation de la deuxième machine électrique We2, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie Wwh, les équations suivantes relient ces paramètres dans le cadre d'une transmission infiniment variable. Pour le premier mode, on a : lr I Wice Al Wei + Bi We2 (Eq. 1) Pour le deuxième mode, on a : JWice = A2 ' We1 + B2 . We2 Wwh C2 ' Wei + D2 . We2 avec A2, B2, C2 et D2 des paramètres constants. 25 De plus, on a Ai=A2 et Ci=C2. Comme énoncé précédemment, le changement de mode doit s'effectuer à vitesse de rotation nulle de la deuxième machine 30 électrique. Wwh Cl Wel + D1 We2 avec Ai, Bi, Ci et Di des paramètres constants. (Eq. 2 On en déduit de l'équation 1 ou 2 que W'°e = Al Wel (Eq.3) Wwh Cl Wel En remplaçant l'expression de Wel issu de l'une des équations du système d'équations Eq.3, on obtient : Wwh = Al W1Ce (Eq. 4) Ainsi, lors d'un changement de mode de fonctionnement de la transmission infiniment variable, la vitesse de rotation des roues est proportionnelle au régime de rotation du moteur à combustion interne. Pour pouvoir changer de mode de fonctionnement alors que le véhicule est en mouvement, et en respectant la consigne d'une vitesse de rotation nulle de la deuxième machine électrique, on utilise le moteur à combustion interne pour maintenir la vitesse de rotation de roues. Sur la base de ce constat, un procédé de commande est défini. La figure 2 illustre le cas dans lequel le procédé de commande est appliqué à un changement du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement. Pour un changement de mode de fonctionnement, du mode 1 vers le mode 2, le procédé de commande comprend les étapes suivantes. Au cours d'une étape 39, on compare la vitesse du véhicule avec une vitesse limite de passage de mode 1 vers le mode 2, V1->2. Une fois cette vitesse atteinte ou franchie, le procédé se poursuit à l'étape 40 au cours de laquelle on déclenche l'entraînement du véhicule par le moteur à combustion interne en suivant une consigne Wice ref dépendant de la vitesse V du véhicule La formule suivante est appliquée : Wice ref = Al V ù Cl R Lors de cette phase, les machines électriques assurent simultanément l'entraînement du moteur thermique et du véhicule. L'entraînement du véhicule est fait en suivant une consigne de couple à la roue To ref. Lors de l'étape 41, on actionne les coupleurs 10 et 11 afin d'activer le deuxième mode de fonctionnement de la transmission infiniment variable. Le procédé se poursuit, à l'étape 42 au cours de laquelle on freine progressivement le moteur à combustion interne 1 tout en assurant l'entraînement du véhicule. A l'issue du procédé de commande, la transmission infiniment variable 4, initialement dans le premier mode de fonctionnement, se trouve configurée dans le deuxième mode de fonctionnement, tel que symbolisé par l'étape 43 du procédé. Le procédé de commande peut être appliqué à un changement de mode du deuxième mode de fonctionnement au premier mode de fonctionnement, en considérant notamment la vitesse limite de passage de mode 2 vers le mode 1, V2->i. La figure 3 montre l'évolution du couple à la roue en fonction de la vitesse du véhicule pour chacun des deux modes de fonctionnement de la transmission infiniment variable. Le premier mode permet d'obtenir un couple Tl décroissant, et s'annulant à la vitesse V1. Le deuxième mode permet d'obtenir un couple T2, inférieur à Tl, décroissant, et présentant une coupure à la vitesse V2, supérieure à Vl. Ainsi, pour le premier mode, on voit que l'on dispose à faible vitesse d'un couple plus important que le couple dans le deuxième mode. Par ailleurs, à plus haute vitesse, le deuxième mode permet d'obtenir un couple là où le premier mode n'est plus en mesure de fournir un couple à la roue. Les valeurs V2->i et Vi->2 montrent les vitesses limites à partir desquelles un changement de mode peut être avantageux. De même, le procédé de commande peut être généralisé afin de commander le changement entre plusieurs modes de fonctionnement d'une transmission infiniment variable. Par ailleurs, le changement de mode de fonctionnement d'une transmission infiniment variable peut être commandé par un système de commande. Un tel système, illustré par la figure 4, comprend les principaux éléments suivants. Un moyen de détermination 44 de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne est relié en entrée par une connexion 55 à des capteurs 54 et en sortie à l'entrée positive d'un additionneur 47 par une connexion 45. L'additionneur 47 est connecté par une connexion 46 aux capteurs 54 par une entrée négative et en sortie, par une connexion 48, à un moyen de détermination 49 du couple de la première machine électrique. Un moyen de compensation 52 est connecté en entrée aux capteurs 54 par une connexion 51 et au moyen de détermination 49 du couple de la première machine électrique par une connexion 50. Le moyen de compensation 52 est relié en sortie à la deuxième machine électrique 2b par une connexion 53. Le moyen de détermination 44 de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne 1 reçoit une valeur de la vitesse du véhicule des capteurs 54. Le moyen de détermination 44 génère en sortie une valeur Wice ref de consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne 1. Le moyen de détermination 49 du couple de la première machine électrique 2a détermine par une méthode de type proportionnel intégral dérivé une valeur Tel de consigne de couple de la première machine électrique 2a en fonction de la différence entre la valeur Wice ref de consigne et la mesure Wice du régime de rotation du moteur à combustion interne provenant des capteurs 54. Le moyen de compensation 52 détermine une valeur Te2 de consigne de couple de la deuxième machine électrique en fonction de la valeur Tel de consigne de couple de la première machine électrique et de la valeur de requête de couple To_ref reçue des capteurs 54. Cette consigne Te2 est ensuite transmise à la deuxième machine électrique 2b. Alternativement, il est possible d'utiliser un démarreur afin d'entraîner le moteur à la place des machines électriques. Le système et le procédé de commande permettent de réaliser un changement de mode d'une transmission infiniment variable comprenant au moins deux modes de fonctionnement et équipant un véhicule hybride. Ce changement de mode s'effectue alors que le véhicule est en mouvement sous l'action de son groupe motopropulseur, notamment uniquement sous l'action des machines électriques. Le système et le procédé de commande permettent de réaliser ledit changement de mode sans ralentir le véhicule et en maintenant un degré de contrôle de la vitesse du véhicule. REVENDICATIONS1. Système de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable (4) comprenant un premier mode de fonctionnement à fort couple à haute vitesse et un deuxième mode de fonctionnement à fort couple à basse vitesse, équipant un véhicule automobile par ailleurs muni d'au moins deux machines électriques (2a, 2b), d'au moins un moteur à combustion interne (1), la transmission infiniment variable étant reliée mécaniquement aux machines électriques (2a, 2b) et au moteur à combustion interne (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détermination (44) de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne, un additionneur (47) apte à réaliser la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne et la mesure de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, un moyen de détermination (49) du couple de la première machine électrique apte à déterminer une consigne de couple de la première machine électrique (2a) en fonction de la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) et la vitesse de rotation mesurée du moteur à combustion interne (1), un moyen de compensation (52) apte à déterminer une consigne de couple de la deuxième machine électrique (2b) en fonction de la consigne de couple de la première machine électrique (2a) et de la requête de couple du conducteur, le système de commande étant apte à commander la deuxième machine électrique (2b) de façon que le changement de mode puisse se réaliser alors que le véhicule est propulsé, avant et après le changement de mode, sous la seule action d'au moins une machine électrique. 2. Système de commande selon la revendication 1 dans lequel un moyen de détermination (44) de la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne apte à déterminer une consigne devitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) en fonction de la vitesse du véhicule. 3. Système de commande selon la revendication 2 dans lequel le moyen de détermination (49) du couple de la première machine électrique de type Proportionnel Intégral Dérivé. 4. Procédé de commande de commande de changement de mode d'une transmission infiniment variable (4) comprenant un premier mode de fonctionnement à fort couple à haute vitesse et un deuxième mode de fonctionnement à fort couple à basse vitesse, équipant un véhicule automobile par ailleurs muni d'au moins deux machines électriques (2a, 2b), d'au moins un moteur à combustion interne (1), la transmission infiniment variable étant reliée mécaniquement aux machines électriques (2a, 2b) et au moteur à combustion interne (1) caractérisé par le fait qu'il comprend des étapes au cours desquelles : on détermine la vitesse du véhicule se déplaçant sous la seule action d'au moins une machine électrique, on déclenche un changement de mode de fonctionnement de la transmission infiniment variable (4) lorsque la vitesse du véhicule dépasse une vitesse de changement de mode de fonctionnement, on maintient la vitesse du véhicule en entraînant ledit véhicule avec le moteur à combustion interne (1), on agit sur les coupleurs (10) et (11) afin de changer de mode, on freine le moteur à combustion interne (1) jusqu'à l'arrêt de son fonctionnement. 5. Procédé de commande selon la revendication 4 dans lequel on détermine une consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) en fonction de la vitesse du véhicule. 6. Procédé de commande selon l'une des revendications 4 ou 5 dans lequel on détermine une consigne de couple de la première machine électrique (2a) par un calcul de type Proportionnel Intégral Dérivé en fonction de la différence entre la consigne de vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) et la vitesse de rotation mesurée du moteur à combustion interne (1). 7. Procédé de commande selon l'une des revendications 4 à 6 dans lequel on détermine une consigne de couple de la deuxième machine électrique (2b) en fonction de la consigne de couple de la première machine électrique (2a) et de la requête de couple du conducteur.