Brevet FR3029152A1 — publié le 20160603

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE DE PUISSANCE A L'ENTREE D'UN ORGANE DE TRANSMISSION La présente invention se rapporte à la protection 5 thermique des organes de transmission, en particulier des réducteurs de vitesse ou des transmissions automatiques ou automatisées, dont certains organes exigent un contrôle thermique permanent des fluides de pression intervenant dans leur système de commande. 10 Plus précisément, cette invention a pour objet un procédé de contrôle de puissance à l'entrée d'un organe de transmission de groupe motopropulseur de véhicule comprenant au moins un moteur d'entraînement fournissant une puissance motrice aux roues du véhicule par 15 l'intermédiaire de l'organe de transmission, et un échangeur thermique de refroidissement recevant la puissance calorifique dissipée au travers de l'organe de transmission. Cette invention est applicable dans le domaine des 20 réducteurs à commande hydraulique, des transmissions automatiques mécaniques ou hydrauliques, des moteurs hydrauliques, des vérins et autres machines hydrauliques nécessitant une régulation thermique du fluide. Elle vise à éviter que certains composants perdent de leur efficacité, 25 que leurs prestations se dégradent, ou qu'ils se détériorent. Le fluide hydraulique de commande d'un organe de transmission est généralement refroidi dans un échangeur thermique intégré dans un circuit de refroidissement. Le 30 circuit comprend normalement un premier circuit de fluide fonctionnel traversant un organe mécanique de transmission de puissance entraîné par un moteur d'entraînement, et un deuxième circuit de fluide de refroidissement, ce dernier recevant la puissance calorifique dissipée par le premier 35 fluide au travers de l'échangeur. L'échangeur peut être pourvu d'un thermocouple, faisant en temps réel le bilan de son pouvoir de dissipation calorifique. Avec cette information, on sait - 2 - déterminer par calcul l'efficacité de l'échangeur, pour ajuster la quantité d'énergie transitant par l'organe de transmission, en vue de prévenir les surchauffes et les dysfonctionnements. Le but du contrôle est de fournir à la transmission la puissance maximale que l'échangeur pourra dissiper, selon la demande de puissance du conducteur, tout en préservant les composants hydrauliques et mécaniques de la transmission. Dans les véhicules équipés de transmissions automatiques à convertisseur hydro-cinétique de couple et train épicycloïdal, la perte de pouvoir de dissipation dans l'échangeur thermique de refroidissement (généralement du type échangeur eau/huile) déclenche habituellement une information d'alerte à l'attention du conducteur. La détection d'une surchauffe entraîne aussi automatiquement une limitation du couple moteur, une modification des lois de passage, ou encore une gestion et une commande spécifique du système de pontage (« lock-up ») du convertisseur. De manière générale, dans les systèmes de détection de surchauffe utilisés sur des réducteurs à commande hydraulique, ou des transmissions automatiques, qu'elles soient mécaniques ou hydrauliques, les informations thermiques (température d'eau du moteur et température d'huile au sein de la transmission), sont exploitées dans des stratégies de commande visant à protéger la transmission. Par la publication FR 292 81 93, on connaît notamment un procédé de protection thermique, selon lequel on scrute finement le bilan thermique d'un réducteur de vitesses, et on y associe des limitations de couple, en vue de diminuer la dissipation de calories lorsque la sécurité l'impose. Toutefois, l'interprétation des données collectées ne permet pas d'évaluer les performances de l'échangeur, ni de détecter en temps réel ses pertes d'efficacité. Dans cette publication, on se contente de modifier la commande des unités motrices, lorsqu'un seuil thermique critique est atteint dans la transmission, ou - 3 - qu'il est prévisible en fonction de la courbe de température d'un composant (par exemple l'huile de la boîte de vitesses). Avec des méthodes aussi peu contraignantes, on 5 risque la destruction de composants en sur-température, par exemple si le conducteur ne suit pas une consigne de limitation de puissance affichée au tableau de bord. Mais, même avec des stratégies de contrôle plus restrictives, le bridage en couple du moteur intervient souvent tardivement 10 et de manière aléatoire, si bien que les risques de casse ne sont pas exclus, notamment en raison de l'inertie thermique des composants. La présente invention vise à éviter ces risques de détérioration d'une transmission, en ajustant la puissance 15 mécanique ou hydraulique entrant dans un organe de transmission, au pouvoir de dissipation réel de son échangeur de refroidissement. Dans ce but, elle propose d'établir en temps réel : - un bilan thermique de l'organe de transmission, 20 - une estimation du potentiel de dissipation thermique de l'échangeur, et - une consigne de restriction de couple sur le moteur, en fonction de ce bilan et de cette estimation. Cette nouvelle méthode permet d'évaluer le potentiel 25 réel de dissipation calorifique de l'échangeur, en vue d'ajuster l'énergie développée par le moteur, à ce potentiel de dissipation. Son principe est donc d'exploiter en temps réel le bilan thermique de la transmission, pour en déduire, en fonction du potentiel réel de dissipation de 30 l'échangeur, une consigne de restriction à imposer éventuellement au moteur d'entraînement. Conformément à l'invention, on détermine la puissance calorifique qui ne pourra pas être évacuée dans l'échangeur thermique en vue d'imposer au moteur 35 d'entraînement une limitation de puissance. De préférence, la limitation de puissance est fonction du rendement du groupe motopropulseur sur son - 4 - point de fonctionnement. En renvoyant l'évaluation de la puissance calorifique qui ne pourra pas être évacuée, en amont de la chaine cinématique, on parvient à calculer une puissance de limitation selon le rendement du point de fonctionnement, puis un couple de limitation du moteur. Le contrôle de la transmission peut alors prendre la main sur le moteur, pour émettre, en respectant les protocoles de gestion de couple, une requête de limitation de couple ré-échantillonnée selon 10 la récurrence des taches logicielles. La chaleur évacuée par la transmission correspond ainsi au pouvoir réel de dissipation de son échangeur. Une alerte visuelle peut alors être déclenchée sur le tableau de bord du véhicule, assortie éventuellement de signaux d'alerte sur la perte 15 d'efficacité de l'échangeur thermique en direction d'autres calculateurs concernés, ou de services de maintenance. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant au dessin annexé, dont la 20 figure unique résume la méthode proposée. Cette méthode nécessite une évaluation de la puissance réelle du moteur disponible en entrée de la transmission. Le couple disponible à l'entrée de la transmission est calculé par le système de contrôle du 25 moteur. Il prend en compte des pertes en amont de la chaîne cinématique de transmission, qui sont prélevées par les autres consommateurs de puissance du véhicule. On calcule le Couple Moyen Effectif du moteur (CME) = [CMI+] + [CMI_7, avec : 30 CMI+ = Couple Moyen Instantané généré par la combustion CMI- = Couple Moyen Instantané (négatif) généré par les frottements au sein du moteur (pompage l'admission et à l'échappement, efforts mécaniques, électromagnétiques, et hydrauliques). 35 Le couple réellement disponible en entrée de la transmission Crid tient compte du couple consommé par la somme des inerties amont, appelé Couple inertiel CI, dont - 5 - la part est non négligeable dans les phases d'accélération du moteur : Couple inertiel CI = J (sommes des inerties) * delta régime moteur / delta temps (période d'échantillonnage). A partir du Couple réel instantané disponible, Crid = CME - Cl, on obtient la « Puissance instantanée disponible » : Pid = Crid* Régime moteur. Les cartographies du GMP (groupe motopropulseur), qui sont paramétrées lors de la mise au point (rapport de vitesse ; température huile ; usure des composants) donnent le rendement de la transmission Rt au point de fonctionnement considéré. Une partie de cette puissance Pm (puissance mécanique) est utilisée par les roues motrices pour déplacer le véhicule. L'autre partie Pc représente les pertes ; c'est la puissance calorifique à dissiper. La répartition entre la puissance mécanique Pm et les pertes Pc, dépend du rendement de la transmission Rt. Le procédé de l'invention assure un contrôle de puissance à l'entrée de la organe de transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule comprenant au moins un moteur d'entraînement fournissant une puissance motrice aux roues du véhicule par l'intermédiaire de l'organe de transmission et un échangeur thermique de refroidissement recevant la puissance calorifique dissipée au travers de l'organe de transmission. L'échangeur thermique comprend généralement un premier circuit de fluide fonctionnel traversant la transmission, et un deuxième circuit de fluide de refroidissement, recevant la puissance calorifique dissipée par le premier fluide. Dans un échangeur eau / huile ou air / huile, l'échange calorifique peut être estimé à partir d'une cartographie composée d'un réseau de courbes de puissance de dissipation de l'échangeur, en fonction des débits massiques des deux fluides le traversant. Comme indiqué sur le schéma, il y a différentes voies de dissipation calorifiques dans la transmission : - par conduction, - 6 - - par convection (impact aéraulique permet un transfert de flux de réchauffement ou refroidissement), et - par l'échangeur thermique lui-même. La Puissance calorifique totale dissipée est égale à 5 la somme des trois voies de dissipation. Par soustraction, de la puissance dissipée par conduction et par convection, aux pertes totales dans la transmission Pc, on en déduit la puissance calorifique réelle à dissiper dans l'échangeur : « Pul cabri Echangeur dissipée instantanée » 10 On connaît par ailleurs à partir des cartographies, la « puissance calorifique dissipée de référence » de l'échangeur sur chaque point de fonctionnement ? Elle représente son pouvoir théorique de dissipation au point considéré. Par comparaison, on obtient, à chaque instant, 15 le pouvoir de dissipation de l'échangeur, ou « Pul potentiel dissipation cabri échangeur ». Cette comparaison permet de détecter et d'évaluer l'éventuel déficit de puissance calorifique de l'échangeur, ou « Déficit de puissance dissipée » sur le schéma. On procède alors de la 20 manière suivante : - une actualisation permanente en temps réel du potentiel de dissipation calorifique de l'échangeur, ou « Pul potentiel dissipation cabri échangeur », - une estimation de la puissance calorifique, ou 25 « Pul cabri Echangeur dissipée instantanée », à dissiper par l'échangeur dans les mêmes conditions, la comparaison de « Pul potentiel dissipation cabri échangeur » et de « Pul cabri Echangeur dissipée instantanée », 30 Le déficit rapporté au ratio de rendement du point de fonctionnement permet de corriger la cible de puissance du moteur. On appelle « Puissance moteur instantanée détarée » la puissance à ne pas fournir à la transmission pour rétablir l'équilibre thermique. Cette cible tient 35 compte des pertes par convemion et par conduction : « Puissance Moteur Instantanée Détarée » = « Déficit Puissance dissipée » + [Pul calo Convection + Conduction] / - 7 - rendement A partir de ces éléments, la stratégie de protection est la suivante : - si « Pul cabri Echangeur dissipée instantanée » > « Pul potentiel dissipation cabri échangeur », - et si un compteur temporel de confirmation indique « vrai », on définit une puissance calorifique de détarage, « Pul cabri détarage », correspondant à la puissance calorifique dont l'échangeur doit être soulagé ou « détaré » : « Pul cabri Echangeur dissipée instantanée » « Pul potentiel dissipation cabri échangeur » = « Pul cabri Détarage » Pour activer une stratégie de réduction de puissance, il faut procéder comme suit : a) évaluer le taux de puissance calorifique de détarage b) élaborer la consigne de réduction de puissance c) construire une requête de limitation de couple d) avoir l'arbitrage du système de contrôle du 20 moteur pour acquitter la requête de couple de limitation. a)Evaluation du taux de puissance calorifique de détarage. Compte tenu des équations précédentes et de l'écart relatif de puissance calorifique entre ce qui devrait être dissipée et ce qui peut réellement être 25 évacué, par convection et par conduction dans l'échangeur, on détermine une puissance calorifique totale détarée, égale à la somme de la puissance calorifique de détarage et de la puissance de dissipée par conduction et par convection : « Pul cabri détarage » + [Pul calo Convection 30 + Conduction] = « Puissance calorifique totale détarée ». Il est ainsi possible de calculer en temps réel un taux de puissance moteur de détarage, c'est à dire le taux de puissance théorique, dont la puissance du moteur devrait être réduite, pour rétablir l'équilibre entre la puissance 35 calorifique dissipée dans l'échangeur, et son potentiel de dissipation. Compte tenu du rendement sur le point de fonctionnement GMP, on passe à la « puissance moteur - 8 - instantanée détarée », ou corrigée, du schéma, correspondant à la puissance corrigée réelle du moteur: « Puissance calorifique totale détarée » / Rt = « Puissance Moteur Instantanée Détarée » b) Elaboration de la consigne de réduction de puissance : connaissant la puissance moteur corrigée, on peut définir la cible de couple moteur corrigée, ou détarée, pour l'obtenir en fonction du régime : « Couple moteur instantané détaré Cible » = « Puissance 10 Moteur Instantanée Détarée » / Rt c) construction de la requête de couple de limitation : Lors de la confirmation de la déchéance du potentiel de dissipation calorifique de l'échangeur, le système de contrôle de la transmission émet suivant un protocole, une 15 requête de limitation sur le contrôle moteur. « Consigne de limitation » = « Couple moteur instantané détaré Cible » d) acquittement de la requête de couple par le contrôle moteur: 20 Pour des raisons de sécurité, la restriction de couple doit toujours pouvoir être suspendue de manière à libérer instantanément toute la puissance du moteur pour des raisons de sécurité, lorsqu'un état d'urgence lié à d'autres conditions de roulage ou de conduite est détecté 25 et confirmé. Cette suspension intervient normalement après un arbitrage. Le système de contrôle de la transmission est capable de déterminer et de confirmer une situation d'urgence, telle que la volonté du conducteur d'obtenir la puissance maximale du GMP, et de procéder à l'arbitrage 30 entre cette requête et la consigne de limitation. Cette situation d'urgence est déterminée par exemple en interprétant le gradient de variation de demande de puissance (pédale accélérateur) et par l'atteinte du point d'enfoncement maximal de la pédale d'accélérateur ou « Kick 35 Down » : - si le « Kick down » n'est pas demandé, alors « couple réel instantané disponible » = MIN [Couple moteur -9 instantané détaré Cible ; Couple volonté conducteur], si le kick down est demandé, et si le seuil de température de l'huile de la transmission est inférieur à un seuil calibré, et le gradient de température d'huile est inférieur à un seuil calibré, alors : « Couple réel instantané disponible » = MAX [Couple moteur instantané détaré Cible ; Couple volonté conducteur] Grâce à ces mesures, le moteur ne subit pas de réduction de puissance en situation d'urgence, à l'issue d'un arbitrage. L'invention prévoit également les conditions de sortie du mode de limitation de couple. Celles-ci sont remplies lors : d'une déclaration d'un mode dégradé en rapport 15 avec la méthode de calcul (perte de signaux multiplexés, état des rapports de transmission, etc., d'une confirmation de fonctionnement du GMP dans la zone potentielle de dissipation thermique de l'échangeur, ou 20 d'une confirmation d'une demande de puissance maximale. Enfin, l'invention prévoit qu'une information d'alerte soit délivrée à l'intention du conducteur sur le tableau de bord du véhicule, si une consigne de restriction 25 de couple est imposée au moteur. De plus, lorsqu'une consigne de restriction de couple est imposée au moteur l'information, visant à orienter un service de maintenance sur la perte de potentiel de l'échangeur peut avantageusement être envoyée vers d'autres calculateurs du 30 véhicule qui sont concernés, ou vers service de maintenance. En conclusion il faut souligner que la méthode proposée est avant tout préventive. Elle permet d'éviter par anticipation, les seuils thermiques critiques au sein 35 de la transmission, ainsi qu'un emballement thermique funeste à ses composants hydrauliques. Elle repose sur l'évaluation en temps réel, de la performance de l'échange - 10 - thermique au sein de l'échangeur, selon les points de fonctionnements du groupe motopropulseur. On parvient ainsi à préserver l'organe de transmission des surchauffes pouvant résulter de défaillances de son échangeur eau / huile ou air huile ou du circuit de refroidissement associé. Grâce à des calculs préventifs on sait ainsi quantifier la perte de potentiel de l'échangeur thermique pour en déduire grâce au bilan thermique de la transmission, la restriction de puissance à imposer à l'entrée de la transmission, tout en autorisant, dans certaines conditions de conduites, telles qu'une demande urgente de puissance maximale, au « kick clown ». REVENDICATIONS- 1. Procédé de contrôle de puissance à l'entrée d'un organe de transmission de groupe motopropulseur de véhicule comprenant au moins un moteur d'entraînement fournissant une puissance motrice aux roues du véhicule par l'intermédiaire de l'organe de transmission et un échangeur thermique de refroidissement recevant la puissance calorifique dissipée au travers de l'organe de 10 transmission, caractérisé en ce qu'on établit en temps réel : - un bilan thermique de l'organe de transmission, une estimation du potentiel de dissipation thermique de l'échangeur, 15 - et une consigne de restriction de couple sur le moteur, en fonction de ce bilan et de cette estimation. 2. Procédé de contrôle de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on évalue la puissance calorifique qui ne pourra pas être évacuée dans 20 l'échangeur, pour imposer au moteur une limitation de puissance. 3. Procédé de contrôle de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la limitation de puissance est fonction du rendement du groupe 25 motopropulseur sur son point de fonctionnement. 4. Procédé de contrôle de puissance selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un système de contrôle de l'organe de transmission impose au moteur un couple de limitation. 30 5. Procédé de contrôle de puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue : - une actualisation permanente en temps réel du potentiel de dissipation calorifique de l'échangeur (Pui 35 potentiel dissipation cabri échangeur), une estimation de la puissance calorifique, à dissiper par l'échangeur dans les mêmes conditions (Pui- 12 - cabri Echangeur dissipée instantanée), et - la comparaison de ces deux valeurs. 6. Procédé de contrôle de puissance selon 5, caractérisé en ce que : - si « Pui cabri Echangeur dissipée instantanée > « Pui potentiel dissipation cabri échangeur », et - si un compteur temporel de confirmation indique « vrai », on définit une « puissance calorifique de détarage », correspondant à la puissance calorifique dont 10 l'échangeur doit être soulagé. 7. Procédé de contrôle de puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur ne subit pas de réduction de puissance en situation d'urgence, à l'issue d'un arbitrage. 15 8. Procédé de contrôle de puissance selon l'une des revendications de précédentes, caractérisé en ce qu'une information d'alerte est délivrée à l'intention du conducteur sur le tableau de bord du véhicule, si une consigne de restriction de couple est imposée au moteur 20 9. Procédé de contrôle de puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une information, visant à orienter un service de maintenance sur la perte de potentiel de l'échangeur, est envoyée par le calculateur du moteur vers d'autres calculateurs du 25 véhicule et/ou vers un service de maintenance, si une consigne de restriction de couple est imposée au moteur.