Brevet FR3008761A1 — publié le 20150123

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et à un système de régulation de la pression d'un entraînement hydrostatique de roulage ayant côté primaire, une machine à pistons axiaux et côté secondaire, une machine à pistons axiaux qui sont notamment de type à glace inclinée avec chacune une glace inclinée dont l'angle de basculement est réglable, Etat de la technique Pour les entraînements de roulage hydrostatique on uti- lise par exemple côté primaire, une machine à pistons axiaux et côté secondaire, une machine à pistons axiaux, ces machines étant branchées en série. Les machines à pistons axiaux à glace inclinée permettent de régler le débit volumique en modifiant l'angle de basculement de la glace. C'est pourquoi la machine à pistons axiaux est également ap- pelée machine réglable. Suivant que la machine à pistons axiaux fonc- tionne comme pompe ou comme moteur, on l'appelle également pompe réglable ou moteur réglable. La machine à pistons axiaux côté primaire par exemple entraînée par un moteur thermique, et qui fonctionne comme pompe, notamment comme pompe de réglage, transforme l'énergie mécanique d'entraînement en énergie hydraulique. Sur le côté de sortie, la machine à pistons axiaux, côté secondaire, fonctionnant comme moteur, notamment comme moteur réglable, transforme l'énergie hydraulique en énergie mécanique. Le fonctionnement peut également être inversé et la machine à pistons axiaux côté secondaire peut être freinée du côté de sortie. Le montage de la machine à pistons axiaux côté primaire et de la machine à pistons axiaux côté secondaire peut se faire à la fois dans un circuit ouvert, le côté basse pression des deux machines à pistons axiaux étant relié à un réservoir d'équilibrage de pression ; les machines peuvent également fonctionner en circuit fermé et dans ce cas les côtés basse pression des machines à pistons axiaux sont directement reliés l'un avec l'autre. Les deux montages sont protégés par des soupapes de limitation de pression qui limitent le niveau de pression. En fonctionnement, la machine à pistons axiaux côté primaire et la machine à pistons axiaux côté secondaire sont réglées, soit de manière séparée, soit de manière couplée. But de l'invention La présente invention a pour but de perfectionner le comportement dynamique de roulage d'un entrainement de roulage hydrostatique ayant une machine à pistons axiaux tant du côté primaire que du côté secondaire de type glace inclinée, chaque machine ayant une glace inclinée dont l'angle de basculement est réglable. Exposé et avantage de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un procédé de régula- tion de la pression d'un entraînement hydrostatique de roulage ayant côté primaire, une machine à pistons axiaux et côté secondaire une ma- chine à pistons axiaux qui sont notamment de type à glace inclinée avec chacune une glace inclinée dont l'angle de basculement est réglable, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on prédéfinit un couple de sortie côté secondaire, et en plus on régule la pression dans le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire. Le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire est de préférence un volume haute pression. Le volume haute pression relie la sortie de la machine à pistons axiaux côté primaire à la sortie de la machine à pistons axiaux côté secondaire. Un accumulateur hydraulique haute pression peut être associé au volume de liaison. En fonctionnement de l'entraînement hydrostatique de roulage, on aura un débit volumique proportionnel à la vitesse de rotation côté secondaire. La pression dans le volume de liaison s'établit suivant le couple de charge et elle est limitée vers le haut, par exemple par une soupape de limitation de pression. Pour un comportement de roulage dynamique, on prédéfinit et on régule le couple de sortie côté secondaire. Pour un fonctionnement aussi optimum que possible du point de vue de l'utilisation de l'énergie, on régule en plus la pression dans le volume de liaison, par exemple dans la conduite de liaison entre la machine à pistons axiaux côté primaire et celle côté secondaire. La pression dans le volume de liaison, notamment dans la conduite de liaison entre la machine à pistons axiaux côté primaire et celle côté secondaire, peut être régulée par exemple en utilisant un champ de caractéristiques de rendement. Comme grandeur de réglage, on utilise de préférence l'angle de bascu- lement de la machine à pistons axiaux côté primaire et de celle côté secondaire. Un développement préférentiel du procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'on convertit la demande de couple côté se- condaire en liaison avec une pression de consigne dans le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire en un angle de basculement du côté secondaire et on régule en fonction de celui-ci. La demande de couple côté secondaire correspond par exemple à une demande du conducteur. Pour le développement de la régulation de pression on suppose avantageusement que les variations de la vitesse de rotation côté primaire et côté secondaire se font relativement lentement du fait des masses entraînées, par exemple celles du véhicule et celles du moteur thermique. De plus, on suppose avantageusement que la pression côté basse pression est pratiquement constante. Cela per- met de négliger la dynamique de la vitesse de rotation et de la basse pression et fait intervenir des paramètres variant en fonction du temps dans la régulation. Selon un autre développement préférentiel, le procédé est caractérisé en ce qu'on règle le débit volumique prédéfini par l'angle de basculement et la vitesse de rotation du côté secondaire, débit passant dans le côté primaire. L'angle de basculement souhaité est de préférence régulé par une régulation auxiliaire de l'angle de basculement. Selon un autre développement préférentiel, le procédé ca- ractérisé en ce que le débit volumique prédéfini côté secondaire est con- verti en un angle de basculement du côté primaire pour être ainsi commandé préalablement. Cette description sera faite à titre d'exemple à l'aide des figures et des équations. Selon un autre exemple de réalisation préférentielle du procédé, la commande préalable est soumise à un régulateur pour as- servir la pression dans le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire sur une pression de consigne. On utilise à cet effet les équations qui seront données à l'occasion de la description des figures. Selon un autre développement préférentiel le procédé est caractérisé en ce que les grandeurs de réglage sont l'angle de bascule- ment côté primaire et côté secondaire. En fonction de la variation de l'angle de basculement, on modifie le débit volumique de la machine à pistons axiaux correspondante. Selon un autre développement préférentiel, le procédé est caractérisé en ce que l'angle de basculement côté primaire et côté se- condaire sont régulés à l'aide d'une régulation auxiliaire de basculement. Pour la description du système on utilise avantageusement l'une des équations de pression donnée ensuite dans le cadre de la description pour le volume de liaison et qui correspond à un volume haute pression. Selon un autre développement préférentiel, le procédé est caractérisé en ce que le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire est décrit par une équation d'établissement de pression avec un module de compression et un coefficient de fuite. Cette solution s'est avérée comme particulièrement avantageuse selon des analyses faites dans le cadre de la présente invention concernant le comportement de roulage dynamique d'un entraînement hydrostatique de roulage. L'invention a également pour objet un système de régula- tion de la pression d'un entraînement hydrostatique de roulage ayant une machine à pistons axiaux côté primaire et une machine à pistons axiaux côté secondaire correspondant au type de machine à glace inclinée, chaque machine ayant une glace inclinée dont l'angle de basculement est réglable selon le procédé décrit ci-dessus. L'invention a également pour objet un produit pro- gramme d'ordinateur avec un programme d'ordinateur comportant des moyens de programme pour exécuter le procédé décrit ci-dessus lorsque le programme d'ordinateur est appliqué par un ordinateur. Le procédé et le système selon l'invention sont avanta- geusement appliqués à des entraînements hydrauliques ayant une transmission de puissance hydraulique directe. Dans le cas d'un entraînement de roulage hydraulique, il s'agit de préférence d'un entraînement hybride hydraulique qui, en plus du moteur thermique, comporte deux machines à pistons axiaux couplées hydrauliquement l'une à l'autre par un chemin hydraulique ou une ligne hydraulique. Au moins une partie de la puissance de l'entrainement de roulage est ainsi transmise par le chemin hydraulique. Pour récupérer l'énergie de freinage et assurer un état optimum de l'énergie pendant le fonctionnement, on a un accumulateur hydraulique côté haute pression. Dans cet état de fonctionnement, la pression côté haute pression est couplée di- rectement au niveau de remplissage de l'accumulateur hydraulique et ne change que de manière relative. Pour que l'énergie mécanique côté primaire soit transmise aussi directement que possible côté secondaire, on peut avantageusement découpler l'accumulateur hydraulique. L'invention repose de préférence sur un système partiel ayant un accu- mulateur hydraulique, découplé. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de procédés de régulation de la pres- sion dans un entraînement hydrostatique de roulage représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre le schéma équivalent d'un entraînement hydrostatique de roulage comportant une machine à pistons axiaux côté primaire et côté secondaire, - la figure 2 est un schéma par blocs d'une régulation de pression cor- respondant à un premier exemple de réalisation, et - la figure 3 est un schéma par blocs d'un second exemple de réalisation d'une régulation de pression. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un schéma simplifié d'un entraîne- ment hydrostatique de roulage sous la forme d'un schéma hydraulique. L'entraînement hydrostatique de roulage comporte une machine hydraulique 1 côté primaire et une machine hydraulique 2 côté secondaire. Les deux machines hydrauliques sont par exemple des machines à pistons axiaux à glace inclinée ; c'est-à-dire qu'ils comportent une glace inclinée encore appelée berceau basculant. L'angle de basculement de la glace inclinée ou du ber- ceau basculant peut se modifier pour régler le débit volumique de la machine hydraulique. C'est pourquoi les machines hydrauliques 1 et 2 sont également appelées machines réglables. Selon son fonctionnement, la machine hydraulique 1 est également appelée pompe réglable et de façon analogue, la machine hydraulique 2 est appelée moteur réglable. Le côté gauche de la figure 1 avec la machine hydraulique côté primaire 1 est appelée en abrégé « côté primaire. De façon parallèle, le côté droit de la figure 1 avec la machine hydraulique côté secondaire 2 est appelé côté secondaire 2. Dans la description suivante, on appellera également unité primaire 1, la machine hydraulique côté primaire 1. De façon analogue, on appellera unité secondaire 2, la machine hydraulique 2 côté secondaire. Les deux machines hydrauliques 1 et 2 sont reliées côté entrée à une zone basse pression 4. Côté sortie, les deux machines hydrauliques 1, 2 sont reliées à une zone haute pression 5. La zone basse pression 4 comporte un réservoir de liquide hydraulique 6 équilibré en pression. Le liquide hydraulique est par exemple de l'huile hydraulique. Le cercle 10 dans la zone haute pression 5 désigne un vo- lume de liaison reliant le côté sortie de la machine hydraulique 1 au côté sortie de la machine hydraulique 2. Comme le volume de liaison 10 se trouve dans la zone haute pression 5, il s'agit d'un volume haute pression. La flèche 11 indique une ligne haute pression reliant la sortie de la machine hydraulique 1 côté primaire au volume haute pression ou au volume de liaison 10. La flèche 12 désigne une autre ligne hydraulique qui relie la sortie de la machine hydraulique 2 côté secondaire au volume haute pression ou au volume de liaison 10. Une conduite basse pression 13 relie l'entrée de la ma- chine hydraulique côté primaire 1 au réservoir de liquide hydraulique 6. Une conduite basse pression 14 relie l'entrée de la machine hydraulique côté secondaire 2 au réservoir de liquide hydraulique 6. Une conduite 16 équipée d'une résistance hydraulique 18 relie la zone basse pression 4 au volume haute pression ou au volume de liaison 10. Pour la présentation de l'entraînement hydrostatique de roulage de la figure 1, la pompe réglable 1 primaire et le moteur réglable 2 secondaire sont branchés en série. L'unité primaire 1 entraîné, à titre d'exemple par un moteur thermique transforme l'énergie mécanique en énergie hydraulique. Le côté primaire 1 est pour cela appelé côté entrai- nement. Le côté secondaire 2 transforme l'énergie hydraulique côté sortie en énergie mécanique. L'opération peut également s'inverser de sorte que l'unité secondaire 2 sera freinée côté sortie. Pour avoir un comportement dynamique de roulage dans le cadre de la présente invention, on prédéfinit le couple de sortie côté secondaire et on le régule. Pour un fonctionnement aussi optimum que possible du point de vue du rendement de l'énergie, on régule en plus la pression dans le volume de liaison 10 entre l'unité primaire 1 et l'unité secondaire 2 suivant un champ de caractéristiques de degrés de rende- ment. Comme grandeurs de réglages, on utilise l'angle de basculement de la machine à pistons axiaux 1 côté primaire et la machine à pistons axiaux 2 côté secondaire. La demande de couple côté secondaire est convertie et régulée en liaison avec la pression de consigne dans le volume de liaison par un angle de basculement du côté secondaire. L'unité primaire 1 se- ra réglée à partir de la vitesse de rotation et de l'angle de basculement du débit volumique du côté secondaire 2. Celui-ci sera converti en un angle de basculement du côté primaire 1 et commandé au préalable. Pour asservir la pression dans le volume de liaison 10 encore appelé élément de liaison sur la pression de consigne requise, on combine un régulateur à la commande préalable. Pour le développement du régulateur il faut décrire le débit volumique dans une unité à piston axiaux ainsi que le couple. Le débit volumique q et le couple M peuvent se décrire en fonction de la vitesse de rotation co, de la différence de pression Ap et de l'angle de basculement normé ci comme modèle de valeur moyenne par l'équation 1 suivante : q = cqcoa, M = cmApa, (1) Dans cette équation, ci représente l'angle de basculement linéarisé et normé qui résulte de l'angle de basculement cl), effectif. La linéarisation de l'angle de basculement doit se faire suivant la relation géométrique dans la machine à piston axiaux et elle peut se présenter, lorsque rapporté à l'angle de basculement maximum cl3max par exemple comme l'indique l'équation 2 suivante : tan(0) a = , (2) tanOmax) S'il faut tenir compte de débits volumiques de fuite et de couples perdus on peut adapter les éléments de l'équation 1 ou en variante utiliser les champs de caractéristiques. Comme du côté secondaire, le couple souhaité par le conducteur est Md, on peut utiliser to l'équation 1 pour calculer l'angle de basculement de consigne ad sur le côté secondaire, selon l'équation 3 suivante : ad = ltdd (3) Cm Lip 15 Pour le développement de la régulation de pression on suppose que la variation de la vitesse de rotation du côté primaire et du côté secondaire se font relativement lentement du fait des masses tirées (véhicule automobile et moteur thermique) de sorte que la pression côté basse pression est pratiquement constante. La dynamique des vitesses 20 de rotation Ga 1, co2 et de la basse pression pND sont ainsi négligeables et interviennent comme des paramètres variant en fonction du temps dans la régulation. Les grandeurs à réguler sont le couple côté secondaire M2 et la pression pHD (haute pression) dans l'élément de liaison selon la formule 4 suivante : 25 Y = [M2 PHD Y (4) Comme grandeur de réglage, on dispose des deux angles de basculement adi et C1c12 comme l'indique l'équation 5 suivante : 30 (5) Les angles de basculement souhaités ad1 et ad2 sont régulés par la régulation auxiliaire d'angle de basculement et sont appelés pour cette raison angles de basculement de consigne. Cela permet de décrire le système de la figure 1 par une équation de pression pour le volume haute pression VHD avec le module de compression [3, le coeffi- cient de fuite ki et l'équation 1 avec les équations 6 et 7 suivantes : d* M2 = cm (PHD PND>4 = M2 (6) fi (c coicid c_c02 'd) pHD 10 P HD = klP HD = F HD (7) VHD q 1 (1 Pour le développement de la commande préalable on inverse le chemin dans les équations 7 et 6 avec les nouvelles entrées pdHD d* et M2d*et on résout les équations 8 et 9 suivantes en fonction 15 des grandeurs de réglage adi et ad2: ,d M2 -2 ( d cm P HD P ND) (8) ( V HD ('. d* 4_ k 'd C gC°2 d* HD ' -1F HD d )M2 HD P ND d 1 (9) = cg col 20 De plus on remplace pHD par pdHD pour rendre l'inversion indépendante des oscillations rapides de pression dans la conduite haute pression. Pour le développement de régulation, on utilise le chemin inversé découlant des équations 8 et 9. Les grandeurs de réglage 25 virtuelles M D * et pdHD sont indiquées par la partie de régulation propor- tionnelle et intégrale sous la forme des équations 10 et 11 suivantes : Md* (10) 2 '. ,,, d 30 F HD P HD + .1(F HD P Ha r r J(P HD P HD t (11) Dans les équations 10 et 11, les termes p point exposant d indice PHD et M 2D désignent des trajectoires. A la figure 2 on a représenté la régulation de pression se- lon l'invention sous la forme d'un schéma par blocs avec quatre carrés ou blocs 21 moins 24. Le bloc 21 comprend la prédéfinition de la valeur de consigne et un générateur de trajectoire. Le bloc 22 comprend une inversion du système avec une partie de précommande selon les équations 8 et 9. Le bloc 23 comprend un chemin appliquant les équations 6 et 7. Le bloc 24 comprend une partie de régulation par exemple un ré- gulateur PI (régulateur proportionnel-intégral) comme dans l'équation 11. La figure 2 représente le schéma par bloc de la régulation utilisant les équations 8 à 11. En substituant l'équation 11 dans l'équation 8 on peut transformer celle-ci en une partie de commande préalable ai" et en une partie de régulation aid.R comme dans l'équation 12 ci-après : d 1 VHD d+ kip cqco 2 d* (12) (p. _Pc HD) 2 F ND)M al = )(3 PHD cm HD c coi 1 VHD ' PLVa d \ HD KM) ' J(1) HD dt PHD ) c coi fi a d.R On obtient le schéma par blocs de la figure 3 avec des blocs ou rectangles 51 - 54. Le bloc 51 comprend la prédéfinition de la valeur de consigne et un générateur de trajectoire. Le bloc 52 comprend une inversion de système avec une partie de commande préalable selon les équations 12 et 9. Le bloc 53 comprend un chemin appliquant les équations 6 et 7. Le bloc 54 comprend une partie de régulation par exemple un régulateur PI (régulateur proportionnel-intégral) comme dans l'équation 12. REVENDICATIONS1°) Procédé de régulation de la pression d'un entraînement hydrostatique de roulage ayant côté primaire, une machine à pistons axiaux (1) et côté secondaire une machine à pistons axiaux (2) qui sont notam- ment des machines de type à glace inclinée avec chacune une glace in- clinée dont l'angle de basculement est réglable, procédé caractérisé en ce qu' on prédéfinit un couple de sortie côté secondaire, et en plus on régule la pression dans le volume de liaison (10) entre le côté primaire (1) et le côté secondaire (2). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on convertit la demande de couple côté secondaire en liaison avec une pression de consigne dans le volume de liaison (10) entre le côté pri- maire (1) et le côté secondaire (2) en un angle de basculement du côté secondaire (2) et on régule en fonction de celui-ci. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on règle le débit volumique prédéfini par l'angle de basculement et la vitesse de rotation du côté secondaire (2), le débit passant dans le côté primaire (1). 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on convertit et on commande préalablement le débit volumique prédéfini côté secondaire par l'angle de basculement du côté primaire (1). 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on combine un régulateur à la commande préalable pour asservir la pression dans le volume de liaison (10) entre le côté primaire (1) et le côté secondaire (2) sur une pression de consigne demandée.356°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grandeurs de réglage utilisé sont l'angle de basculement du côté primaire (1) et du côté secondaire (2). 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle de basculement du côté primaire (1) et du côté secondaire (2) sont régulés à l'aide d'une régulation auxiliaire d'angle de basculement. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on décrit le volume de liaison entre le côté primaire (1) et le côté secondaire (2) par un équilibrage de pression avec un module de compression et un coefficient de fuite. 9°) Système de régulation de la pression d'un entraînement de roulage hydrostatique ayant côté primaire une machine à piston axiaux (1) et côté secondaire une machine à pistons axiaux (2) notamment de type glace inclinée, chaque machine ayant une glace inclinée dont l'angle de basculement est réglable, mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, selon lequel on prédéfinit un couple de sorties côté secondaire et en plus on régule la pression dans le volume de liaison entre le côté primaire et le côté secondaire. 10°) Produit programme d'ordinateur comportant un programme d'ordinateur comportant des moyens de programme pour exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque le procédé est appliqué par un ordinateur.30