FR2956075A3 - Procede de determination de la temperature d'un moyen mecanique de couplage des premier et deuxieme essieux d'un systeme de transmission d'un vehicule automobile - Google Patents

Procede de determination de la temperature d'un moyen mecanique de couplage des premier et deuxieme essieux d'un systeme de transmission d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Procédé de détermination de la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux d'un système (15) de transmission d'un véhicule automobile, comprenant: - une première phase initiale de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température, et - une deuxième phase de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la température initiale et un modèle d'estimation de température.

Description

La présente invention concerne l'estimation de la température d'un moyen de couplage mécanique. L'invention porte également sur un système d'estimation de la température d'un moyen de couplage mécanique. Elle porte encore sur un système de commande d'un actionneur incluant un tel système d'estimation de température. Elle porte aussi sur un système de transmission comportant un tel système de commande et/ou d'estimation. Elle porte encore sur un véhicule automobile comprenant un tel système de transmission.
L'invention s'applique à un véhicule équipé d'un système de transmission à quatre roues motrices. Le système de transmission est en liaison mécanique avec un moteur (ou source de couple) d'entraînement du véhicule. Le système de transmission comprend principalement un premier essieu de roues et un deuxième essieu de roues, les premier et deuxième essieux étant reliés par un moyen mécanique de couplage (coupleur). Le premier essieu est entraîné par défaut par le moteur et le deuxième essieu est entraîné optionnellement via le moyen mécanique de couplage. Le système de transmission comprend également un système de commande de l'état du moyen mécanique de couplage. Le système de commande peut comprendre un moyen de sélection du mode de fonctionnement du système de transmission et un calculateur.
L'objectif de ce type de véhicule est d'améliorer les prestations telles que la performance et la sécurité.
Il est connu d'utiliser un moyen mécanique de couplage du type à embrayage piloté pour permettre l'entraînement du deuxième essieu. Un tel moyen mécanique de couplage permet de définir un couple maximum transmissible, c'est-à-dire qu'il rentre dans un fonctionnement de glissement lorsqu'on essaie de transmettre un couple supérieur au couple transmissible. MS\REN170FR.dpt La température de fonctionnement d'un moyen mécanique de couplage de ce type a un impact direct sur la valeur du couple transmissible, et donc sur sa performance. En effet, l'embrayage peut transmettre plus ou moins de couple suivant son niveau d'échauffement, pour une même consigne de pilotage. En effet, la consigne de pilotage permet par exemple de commander un actionneur modifiant la pression qu'exercent les disques de friction du moyen mécanique de couplage les uns sur les autres, de sorte qu'à chaque valeur de la consigne de pilotage correspond une pression de contact des disques les uns contre les autres et donc, à température donnée, un couple maximum transmissible par le moyen mécanique de couplage.
Le moyen mécanique de couplage possède par ailleurs un seuil de température maximal au-dessus duquel il ne peut plus transmettre de couple et se détériore (fusion des éléments de friction). À l'inverse, un embrayage très froid permet de transmettre un couple beaucoup plus important que celui correspondant à la consigne de pilotage qui détermine son état. Ceci peut entraîner un décalage entre le seuil de couple transmissible voulu (grâce à une consigne de pilotage du moyen mécanique de couplage) et le seuil de couple transmissible réellement obtenu. Ce décalage risque d'entraîner une détérioration de la chaîne cinématique dans le cas de faibles températures du moyen de couplage. En effet, le moyen mécanique de couplage peut, dans cette hypothèse, transmettre un couple beaucoup plus important que celui que peuvent supporter en aval les autres organes de transmission. À température normale correspondant à un domaine de température pour lequel la consigne de pilotage du moyen mécanique de couplage est valide, le moyen mécanique de couplage ne pourrait pas transmettre un couple si important et le couple transmissible serait limité à une valeur acceptable pour les organes de transmission en aval du moyen de couplage. MS\REN170FR.dpt Ce phénomène de variation du couple transmissible par le moyen de couplage en fonction de sa température est illustré par le graphique de la figure 5 sur lequel sont représentés, en abscisses, la température du moyen de couplage et, en ordonnées, le couple maximal transmissible par le moyen mécanique de couplage.
La température du moyen mécanique de couplage peut être soit mesurée à l'aide d'un capteur, soit estimée par l'utilisation d'un modèle d'échauffement, par exemple un modèle de calcul numérique.
Il est particulièrement délicat d'implanter un capteur de température sur les disques de friction du moyen mécanique de couplage ou dans leur voisinage, ceux-ci étant en mouvement par rapport à un carter et les uns par rapport aux autres dans certaines phases de fonctionnement. En outre, l'utilisation d'un modèle de calcul numérique permet d'économiser les frais d'un capteur de température.
On préfère par conséquent utiliser un modèle d'échauffement pour déterminer la température du moyen mécanique de couplage. Cependant, cette utilisation pose un problème majeur : il est nécessaire de déterminer une température initiale du moyen mécanique de couplage avant de mettre en oeuvre la détermination de la température par l'utilisation du modèle d'échauffement. La connaissance de la température du moyen mécanique de couplage, avant de mettre en oeuvre l'utilisation du modèle permet de limiter de manière adéquate le couple transmissible par le moyen mécanique de couplage. Il est très délicat, voire impossible de choisir une température prédéterminée arbitrairement. En effet, le véhicule automobile peut être utilisé dans des conditions de température très variables selon la région géographique où il se trouve et selon la saison. En outre, la température du moyen mécanique de couplage peut être fonction de l'historique de fonctionnement du coupleur. Ainsi, la température peut varier MS\REN170FR.dpt suivant l'utilisation antérieure du véhicule. On constatera ainsi une différence de température entre un véhicule ayant été immobilisé une nuit au garage et un véhicule ayant effectué un parcours tout-terrain récemment. La température pourra être relativement élevée lorsque le véhicule est réutilisé après une brève phase de non-utilisation ayant par exemple duré seulement quelques minutes.
On connaît du document JP 2007139129 un procédé d'estimation de la température d'un moyen mécanique de couplage à partir du glissement de l'embrayage.
On connaît du document GB 2 233 419 un procédé de détermination de la température d'un embrayage électromagnétique à partir de la mesure de la tension et du courant d'alimentation d'une bobine électrique de cet embrayage.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de détermination de température permettant de remédier aux problèmes évoqués précédemment et améliorant les procédés de détermination connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de détermination simple à mettre en oeuvre et permettant de fournir une valeur de température précise afin de fiabiliser le fonctionnement d'un moyen de couplage des essieux d'un véhicule automobile du type à quatre roues motrices.
Selon l'invention, le procédé permet de déterminer la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux d'un système de transmission d'un véhicule automobile. Le procédé comprend: une première phase initiale de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température, et MS\REN170FR.dpt une deuxième phase de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la température initiale et un modèle d'estimation de température.
La température du moyen mécanique de couplage peut être la température d'un organe de friction, notamment un disque, du moyen mécanique couplage. Dans la première phase de détermination, on peut mesurer la température 10 d'une bobine électromagnétique d'un actionneur du moyen mécanique de couplage. La mesure de température peut être déduite de mesures du courant et de la tension d'alimentation de la bobine électromagnétique. La deuxième phase de détermination peut mettre en oeuvre un calcul itératif.
La deuxième phase de détermination peut continuer d'être mise en oeuvre après l'immobilisation du véhicule automobile et après la mise hors contact 20 du véhicule automobile. La deuxième phase de détermination peut être terminée lorsqu'une temporisation, déclenchée par l'immobilisation du véhicule automobile, est échue ou lorsque la température calculée du moyen mécanique de couplage 25 devient inférieure à une valeur de température seuil ou lorsque la dérivée rapport au temps de la température calculée du moyen mécanique de couplage devient inférieure à une valeur de refroidissement seuil. L'invention concerne aussi un support d'enregistrement de données lisible 30 par un calculateur sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des étapes du procédé défini précédemment. MS\REN170FR.dpt 15 Selon l'invention, le système de détermination de la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux d'un système de transmission d'un véhicule automobile est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé défini précédemment. Les moyens matériels et/ou logiciels peuvent comprendre un module de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température et un module de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la température initiale et un modèle d'estimation de température.
Selon l'invention, le véhicule automobile comprend un système de détermination défini précédemment. Programme informatique comprenant un moyen de code de programme informatique adapté à la réalisation des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque le programme tourne sur un ordinateur.
20 Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un procédé de détermination de température selon l'invention et un mode de réalisation d'un système de détermination de température selon l'invention.
La figure 1 est un mode de réalisation d'un système de détermination de 25 température selon l'invention.
La figure 2 est un schéma illustrant un exemple de procédure de mesure de température.
30 La figure 3 est un schéma d'un premier exemple de moyens utilisés pour déterminer la température. MS\REN170FR.dpt15 La figure 4 est un schéma d'un deuxième exemple de moyens utilisés pour déterminer la température.
La figure 5 est un graphique représentant, en abscisses, la température du moyen de couplage et, en ordonnées, le couple maximal transmissible par le moyen mécanique de couplage.
Le procédé de détermination de température selon l'invention permet d'estimer la température d'un moyen mécanique de couplage du type embrayage électromagnétique. Il utilise un capteur de température, par exemple comprenant une bobine électromagnétique 16 d'un actionneur 14 permettant de piloter le fonctionnement du moyen mécanique de couplage en permettant d'écarter et de rapprocher des disques du moyen mécanique de couplage.
En particulier, le procédé de détermination de température permet de déterminer la température d'un moyen mécanique de couplage utilisé dans un système de transmission du type à quatre roues motrices, et notamment du type à quatre roues motrices pilotées d'un véhicule automobile. Le système de transmission 15 comprend principalement un premier essieu de roues reliées par un premier différentiel lui-même relié à un moteur d'entraînement du véhicule automobile via une boîte de vitesses et un deuxième essieu de roues reliées par un deuxième différentiel, le premier différentiel étant relié au deuxième différentiel via un moyen mécanique de couplage. Le système de transmission comprend également un système de commande de l'actionneur permettant de commander l'état du moyen mécanique de couplage. Ainsi, les premier et deuxième essieux sont ou non couplés selon l'état du moyen mécanique de couplage. Le premier essieu est par défaut entraîné par le moteur d'entraînement du véhicule automobile, MS\REN170FR.dpt le deuxième est quant à lui entraîné ou non selon l'état du moyen mécanique de couplage.
Le procédé de détermination de température comprend deux phases. 5 Dans la première phase, on détermine, de préférence par mesure, une température initiale représentative de la température réelle du moyen mécanique de couplage, en particulier des disques de friction qu'il comporte. La précision du procédé de détermination dépend de la précision de 10 détermination de la température initiale. Elle permet d'ajuster la commande de l'actionneur 14 afin d'obtenir les couples transmissibles attendus. Ainsi, l'utilisation d'une température initiale précise permet de protéger la chaîne cinématique du véhicule d'éventuels sur-couples en utilisation à basse température et de protéger le moyen mécanique de couplage de surchauffe 15 en utilisation à température élevée. De plus, en cas de température basse, la prise en compte d'un écart de température accru permet de repousser un peu plus loin l'atteinte de la limite de température en cas de chauffe de l'embrayage due à un patinage du premier essieu. Dans ce dernier cas, on peut utiliser l'embrayage plus longtemps avant son échauffement limite. 20 Dans la première phase, l'estimation de la température doit se faire au démarrage du véhicule, « à froid » ou au repos depuis plusieurs minutes dans le cas de l'utilisation d'une bobine électromagnétique de l'actionneur 14 pour estimer la température. En effet, l'énergie calorifique dégagée par les disques d'embrayage peut mettre un certain temps à atteindre les bobines 25 électromagnétiques, selon l'architecture du moyen mécanique de couplage et l'inertie thermique de ses organes. La température initiale est stockée dans une mémoire électronique.
Dans la deuxième phase, on détermine, de préférence par calcul estimatif, 30 la température du moyen mécanique de couplage, en particulier la température des disques de friction du moyen mécanique de couplage en MS\REN170FR.dpt utilisant la valeur de température initiale. Le calcul utilise un modèle, par exemple un modèle numérique, notamment un modèle basé sur un bilan de puissance ou d'énergie réalisé au niveau du moyen mécanique de couplage. Le modèle peut prendre en compte la différence de vitesse existant entre les premier et deuxième essieux et la valeur du couple mécanique transmis par le moyen mécanique de couplage. Un modèle similaire à celui décrit dans le document JP 2007139129 peut être utilisé. La valeur de température calculée est régulièrement stockée dans la mémoire électronique ayant initialement servi à stocker la valeur de température initiale. Le modèle prend avantageusement en compte l'architecture du moyen mécanique de couplage et les caractéristiques thermiques de ses différents organes.
Lors du démarrage du véhicule automobile, pour déterminer la température du moyen mécanique de couplage, on met tout d'abord en oeuvre la première phase du procédé de détermination, mais on doit s'assurer qu'il s'est bien écoulé un temps suffisamment long pour s'affranchir du risque d'erreur pouvant être dû à l'architecture du moyen mécanique de couplage et/ou à l'inertie calorifique de ses organes. Un calage du moteur peut ainsi représenter un cas de figure problématique. En effet, si juste après un calage du moteur, on remet en marche celui-ci et on réinitialise le procédé de détermination de température en mettant en oeuvre la première phase décrite plus haut, il existe un fort risque que la température initiale mesurée (celle de la bobine électromagnétique) ne soit pas représentative de la température réelle des disques de friction du moyen mécanique de couplage. Pour remédier à ce problème, il est préférable de continuer à mettre en oeuvre la deuxième phase du procédé de détermination de température pendant un certain temps après l'immobilisation du véhicule et même après sa mise hors contact. Ce temps peut être prédéterminé, par exemple compris entre 5 et 30 minutes et de préférence fixé à 10minutes par exemple. Ce temps peut également être déterminé indirectement : on peut par exemple attendre que la température estimée (selon le procédé MS\REN170FR.dpt objet d'invention) devienne inférieure à un seuil de température (par exemple 50°C) ou que la dérivée par rapport au temps de la température estimée devienne inférieure à un seuil de refroidissement (par exemple -1 °C.min-l).
Dans un mode d'exécution préférée de la première phase, l'objectif est de déterminer la température du moyen mécanique de couplage en mesurant la température d'une bobine de l'actionneur. La bobine est par exemple constituée d'un fil de cuivre. On arrive à déterminer la résistivité de la bobine à partir de la résistivité du cuivre, de la longueur et de la section du fil constituant la bobine. La résistivité du cuivre à 20°C est bien connue. On obtient alors les formules ci-dessous liant la résistance de la bobine et la température de celle-ci : Rt = R(200C) • (1 + tempco . (T - 20°C)) RT = R T (20° c) tempco i + 20°C avec : RT la résistance de la bobine à la température T (0) R(200G) la résistance de la bobine à 20°C (0) T la température de la bobine (°C) tempco le coefficient thermique de la résistance L'estimation de la température des disques de friction repose sur la bobine et est basée sur une évaluation de la résistance électrique de cette dernière. Cette résistance est une fonction connue, pour un matériau donné, de la température de la bobine. La bobine est composée d'un conducteur électrique (par exemple du cuivre) bobiné en spires. Cet électro-aimant est alimenté (par une source de tension ou par une source de courant). En notant u la tension aux bornes de la bobine, et i le courant circulant dans la bobine. La bobine 16 est modélisée par une résistance R 18 en série avec MS\REN170FR.dpt une inductance L 17 comme représenté à la figure 2. Les valeurs de la résistance et de l'inductance sont inconnues. La phase de mesure de la température de la bobine comprend les étapes suivantes : 1. Mesurer la tension u aux bornes de la bobine et le courant i circulant dans la bobine ; 2. Calculer la résistance électrique R de la bobine. Une méthode consiste à attendre que la tension u et le courant i se soient stabilisés (la dynamique principale provient de l'inductance inconnue L ; dans la pratique, pour les applications visées, moins d'une seconde est nécessaire à la stabilisation) ; R vaut alors R=u/i. Une autre approche consiste à estimer conjointement R et L, par exemple en régime transitoire (en appliquant un échelon de tension et en mesurant le courant à plusieurs instants) ; 3. Calculer la variation de température AT selon la formule : ÈT=(RxS/L/pO-1)/a; 4. Calculer la température selon la formule : T=TO+ÈT.
avec : a : coefficient de température de la résistivité en °C-'; p0 : résistivité du matériau, donnée à une température TO (en 0.m) ; L : la longueur du conducteur de la bobine (en m) ; S : la section du conducteur de la bobine (en m2) ; AT : la variation de température définie par T-T0.
Les valeurs p0 et a sont connues pour les matériaux constituant les bobines. Par exemple, pour le cuivre, les valeurs numériques suivantes peuvent être employées : p0=1,7.10_$ 0.m, et a =3,9.10-3 °C-1 pour une température TO de référence de 20°C. MS\REN170FR.dpt30 Dans un exemple, considérons une bobine de fil de cuivre de diamètre 0.5 mm (r=0.25mm). Le diamètre moyen de la bobine est de 5mm. Il y a L=10m de fil, soit environ 300 spires. La section S vaut S=rrxr2=2.10-7 m2. On mesure une résistance de 1.03 0, cela correspond à une variation de température de ÈT=49°C. La température de la bobine vaut donc T=20+49=69 °C.
Le procédé selon l'invention permet notamment d'estimer la température sur une plage de -20°C à +80°C à quelques degrés près. Comme représenté à la figure 3, dans le cas d'un mode de réalisation avec des convertisseurs analogique-numérique 22, 23 (pour obtenir les valeurs de la tension u et du courant i), l'équation donnant AT est une loi de type affine de la résistance. Elle peut être écrite comme suit : ÈT=axR+b où a=S/(LxpO xa) et b=-1/a (a et b sont pré-calculés ou calculés durant une phase de calibrage). La température est calculée dans un module de calcul 24.
Dans le cas particulier d'une réalisation avec convertisseur analogique-numérique et source de courant, la mesure de la tension u suffit à connaître R, puisque R=u/i et que i est imposé par la source de courant. Comme de nombreux systèmes de pilotage de bobines sont alimentés par des sources de courant, ce cas particulier présente un intérêt économique certain.
Dans le cas d'une réalisation analogique comme représenté à la figure 4, l'équation donnant AT peut être traduite par un gain et un décalage. Ces deux opérations peuvent être réalisées au moyen d'amplificateurs opérationnels, le décalage étant l'ajout d'une valeur constante b (montage additionneur 21) et le gain consistant en la multiplication par une constante a (amplificateur 20). Une réalisation analogique très simple est possible dans le cas où la bobine est alimentée par un générateur 19 de courant constant: dans ce cas, la tension u aux bornes de la bobine est directement MS\REN170FR.dpt proportionnelle à la résistance (R inconnue). La température est alors donnée par une fonction affine de cette résistance, donc de cette tension.
Les montages des figures 3 ou 4 sont par exemple utilisés dans un module 11 de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température, ce module faisant partie d'un système 10 de détermination de la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux du système 15 de transmission du véhicule automobile représenté à la figure 1.
Ce système 10 de détermination de température comprend, outre le premier module 11, un deuxième module 12 de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la valeur de température initiale fournie par le premier module et un modèle d'estimation de température. Les premier et deuxième modules fonctionnent comme décrit plus haut. Ils comprennent par exemple des programmes logiciels.
Une température estimée est fournie, en sortie du système d'estimation de température, en particulier, en sortie du deuxième module, à un troisième module 13 de définition de lois et stratégies de commande de l'actionneur, ce troisième module transmettant à l'actionneur une consigne de commande, par exemple une consigne de couple.
Le procédé d'estimation de température selon l'invention présente les avantages suivants : 1. il permet une estimation de la température sans capteur au niveau des organes de friction, 2. il permet de rendre plus précis l'estimation de température, 3. il permet l'adaptation d'une stratégie de commande de transmission quatre roues motrices en phase de démarrage, 4. il permet de protéger la chaîne cinématique du véhicule contre l'usure, MS\REN170FR.dpt en particulier contre les sur-couples. MS\REN170FR.dpt

Claims (12)

  1. Revendications: 1. Procédé de détermination de la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux d'un système (15) de transmission d'un véhicule automobile, comprenant: une première phase initiale de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température, et une deuxième phase de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la température initiale et un modèle d'estimation de température.
  2. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du moyen mécanique de couplage est la température d'un organe de friction, notamment un disque, du moyen mécanique couplage.
  3. 3. Procédé de détermination selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans la première phase de détermination, on mesure la température d'une bobine électromagnétique (16) d'un actionneur (14) du moyen mécanique de couplage.
  4. 4. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mesure de température est déduite de mesures du courant (i) et de la tension (u) d'alimentation de la bobine électromagnétique (16).
  5. 5. Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième phase de détermination met en oeuvre un calcul itératif. MS\REN170FR.dpt 15
  6. 6. Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième phase de détermination continue d'être mise en oeuvre après l'immobilisation du véhicule automobile et après la mise hors contact du véhicule automobile.
  7. 7. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième phase de détermination est terminée lorsque une temporisation, déclenchée par l'immobilisation du véhicule automobile, est échue ou lorsque la température calculée du moyen mécanique de couplage devient inférieure à une valeur de température seuil ou lorsque la dérivée rapport au temps de la température calculée du moyen mécanique de couplage devient inférieure à une valeur de refroidissement seuil.
  8. 8. Support d'enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme informatique comprenant des moyens de codes de programme informatique de mise en oeuvre des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes.
  9. 9. Système (10) de détermination de la température d'un moyen mécanique de couplage des premier et deuxième essieux d'un système (15) de transmission d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
  10. 10. Système (12) de détermination selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens matériels et/ou logiciels comprennent un module (11) de détermination d'une température initiale du moyen mécanique de couplage par mesure d'une température et un module (12) de détermination de la température courante du moyen mécanique de couplage par calcul utilisant la température initiale et un modèle d'estimation de température. MS\REN170FR.dpt
  11. 11. Véhicule automobile comprenant un système (10) de détermination selon la revendication 9 ou 10.
  12. 12. Programme informatique comprenant un moyen de code de programme informatique adapté à la réalisation des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque le programme tourne sur un ordinateur. MS\REN170FR.dpt
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