FR3001784A1

FR3001784A1 - Dispositif d'estimation du couple de pertes d'une boite de vitesses manuelle en fonction de la duree de fonctionnement d'un moteur thermique couple a elle

Info

Publication number: FR3001784A1
Application number: FR1350899A
Authority: FR
Inventors: Alexis Marchyllie
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-08
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: FR3001784B1

Abstract

Un dispositif (D) est destiné à estimer le couple de pertes (CP) induit par une boîte de vitesses manuelle propre à être couplée à un moteur thermique via un embrayage. Ce dispositif (D) comprend i) des moyens d'analyse (MA) agencés pour déterminer une durée pendant laquelle le moteur thermique est resté en fonctionnement couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage, et ii) des moyens de calcul (MC) agencés pour déterminer le couple de pertes (CP) en fonction d'une température d'huile dans la boîte de vitesses et de cette durée déterminée.

Description

DISPOSITIF D'ESTIMATION DU COUPLE DE PERTES D'UNE BOÎTE DE VITESSES MANUELLE EN FONCTION DE LA DURÉE DE FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE COUPLÉ À ELLE L'invention concerne les boîtes de vitesses manuelles qui sont destinées à être couplées à un moteur thermique via un embrayage, et plus précisément l'estimation du couple de pertes au sein de telles boîtes de vitesses. 1 o Pour qu'un moteur thermique puisse tourner sans caler au ralenti, il faut qu'il produise un couple de ralenti égal au couple de pertes qui regroupe toutes les pertes de couple du moteur qui peuvent être estimées dans le véhicule à l'instant considéré. Parmi ces pertes, on peut notamment citer celles qui sont dues au fonctionnement du moteur (frottements, pompage, 15 dégommage de la boîte de vitesses manuelle, pompe à huile), celles qui sont dues au fonctionnement de l'alternateur, et celles qui sont dues au fonctionnement d'une éventuelle installation de climatisation et/ou d'une éventuelle direction assistée (dans le cas d'un véhicule). Comme le sait l'homme de l'art, les pertes de dégommage d'une 20 boîte de vitesses manuelle dépendent de la viscosité de l'huile qui est contenue dans cette dernière. Or, cette viscosité dépend de la température interne de cette huile, laquelle dépend à son tour, notamment, de la température extérieure. En effet, lorsque la boîte de vitesses n'est pas utilisée, son huile est d'autant plus figée que sa température interne est 25 basse, et donc sa mise en rotation nécessite de prélever au moteur thermique un couple de pertes qui est d'autant plus élevé que sa température interne est basse. Par exemple, le couple prélevé par la boîte de vitesses peut atteindre une vingtaine de N.m au moment d'un embrayage lorsque la température extérieure est d'environ -20°C. 30 Le couple de pertes de la boîte de vitesses étant généralement sous- estimé au moment d'un démarrage lorsque la température extérieure est basse, le moteur thermique peut alors se retrouver en sous-régime, et donc 3001 784 2 peut caler, ce qui, dans le cas d'un véhicule, constitue un désagrément de conduite et peut s'avérer dangereux. Il a certes été proposé, notamment dans le document brevet FR 2932263, d'estimer le couple de pertes de la boîte de vitesses en fonction de 5 la température de l'huile contenue dans cette dernière. Mais cela nécessite de disposer d'un capteur de température d'huile dans la boîte de vitesses, ce qui n'est pas fréquent. En outre cette solution ne s'avère pas entièrement satisfaisante, notamment du fait que dans la pratique le couple prélevé par la boîte de vitesses tend à diminuer au fil du temps jusqu'à se stabiliser après 1 o quelques dizaines de secondes d'utilisation de la boîte de vitesses, et que cette diminution et le niveau de stabilisation associé varient en fonction de la température extérieure. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose à cet effet un dispositif, destiné à estimer un couple de 15 pertes induit par une boîte de vitesses manuelle propre à être couplée à un moteur thermique via un embrayage, et comprenant des moyens de calcul agencés pour déterminer le couple de pertes en fonction d'une température d'huile dans la boîte de vitesses. Ce dispositif d'estimation se caractérise par le fait, d'une part, qu'il 20 comprend des moyens d'analyse agencés pour déterminer une durée pendant laquelle le moteur thermique est resté en fonctionnement couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage, et, d'autre part, que ses moyens de calcul sont agencés pour déterminer le couple de pertes en fonction, en outre, de cette durée déterminée. 25 L'estimation du couple de pertes étant notablement améliorée, les performances de démarrage du moteur thermique en présence de basses températures peuvent donc être également améliorées. Le dispositif d'estimation selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et 30 notamment : - ses moyens de calcul peuvent être agencés pour atténuer le couple de pertes en fonction de la durée déterminée et de données qui sont représentatives d'au moins une courbe d'évolution temporelle du couple de pertes en fonction d'au moins une température extérieure, cette atténuation étant d'autant plus grande que la durée est grande ; ses moyens de calcul peuvent être agencés pour délivrer un couple de pertes d'une valeur nulle lorsque le moteur thermique n'est pas en fonctionnement et/ou lorsque le moteur thermique n'est pas couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage ; il peut comprendre des moyens d'estimation agencés pour estimer la température d'huile dans la boîte de vitesses en fonction d'une température extérieure, d'une température d'huile dans le moteur thermique et d'un temps depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement ; > les moyens d'estimation peuvent être agencés pour assimiler la température d'huile dans la boite de vitesse à la température extérieure lorsque le temps précité est supérieur à un premier seuil prédéfini, par exemple lui-même dépendant de la température extérieure ; > les moyens d'estimation peuvent être agencés pour déterminer une température corrigée d'huile dans le moteur thermique en fonction de la durée précitée, puis pour remplacer le temps précité par un temps de substitution choisi lorsque la différence entre cette température corrigée et la température extérieure est inférieure à un deuxième seuil prédéfini.

L'invention propose également un calculateur, destiné à équiper un véhicule comprenant un moteur thermique, propre à être couplé à une boîte de vitesses manuelle via un embrayage, et comprenant un dispositif d'estimation du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un moteur thermique, propre à être couplé à une boîte de vitesses manuelle via un embrayage, et un calculateur du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un calculateur comprenant un exemple de réalisation d'un dispositif d'estimation selon l'invention, la figure 2 illustre schématiquement au sein d'un diagramme de première (Cl), deuxième (C2), troisième (C3) et quatrième (C4) courbes d'évolution temporelle d'un couple de pertes d'une boîte de vitesses manuelle en fonction respectivement de première (-17°C), deuxième (-8°C), troisième (0°C) et quatrième (+20°C) températures extérieures, et la figure 3 illustre schématiquement au sein d'un diagramme de première (C1'), deuxième (C2'), troisième (C3'), quatrième (C4'), cinquième (C5') et sixième (C6') courbes d'évolution de la température estimée de l'huile 1 o d'une boîte de vitesses manuelle en fonction du temps (en secondes) depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement, respectivement pour de première (+40°C), deuxième (+20°C), troisième (0°C), quatrième (10°C), cinquième (-20°C) et sixième (-40°C) températures extérieures. L'invention a pour but de proposer un dispositif D destiné à estimer un 15 couple de pertes CF induit par une boîte de vitesses manuelle qui est propre à être couplée à un moteur thermique via un embrayage. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que la boîte de vitesses manuelle, le moteur thermique et l'embrayage font partie d'un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais 20 l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout système comprenant un moteur thermique, une boîte de vitesses manuelle et un embrayage propres à être couplés les uns aux autres, et notamment les véhicules, qu'ils soient terrestres, fluviaux (ou maritimes) ou aériens, les bâtiments et les installations, éventuellement industrielles.

25 On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation d'un dispositif d'estimation D selon l'invention. Dans cet exemple non limitatif, le dispositif (d'estimation) D fait partie d'un calculateur CS, par exemple chargé de contrôler le fonctionnement du moteur thermique du véhicule. Mais il pourrait être externe au calculateur SC, tout en étant couplé à 30 ce dernier (CS). Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d'un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, un dispositif d'estimation D, selon l'invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. Comme illustré sur la figure 1, un dispositif (d'estimation) D, selon l'invention comprend au moins des moyens d'analyse MA et des moyens de calcul MC. Les moyens d'analyse MA sont agencés pour déterminer une durée de pendant laquelle le moteur thermique est resté en fonctionnement couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage. Pour ce faire, les moyens d'analyse MA peuvent, par exemple et comme illustré non limitativement sur la figure 1, comprendre un premier sous-module SM1 chargé, d'une part, de déclencher un comptage temporel dès qu'il reçoit un premier signal s1 représentatif du fait que le moteur thermique vient d'être mis en fonctionnement et qu'il est couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage, et, d'autre part, de délivrer sur une sortie un deuxième signal s2 représentatif de la valeur en cours de son comptage temporel et donc égale à la durée de. On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que les moyens d'analyse MA peuvent également comprendre un deuxième sous-module SM2 chargé de générer le premier signal s1 en fonction d'une première information 11, représentative de l'état dans lequel est placé le moteur thermique (à savoir « en fonctionnement » (ou « en rotation ») ou bien « hors fonctionnement » (ou « hors rotation »)), et d'une seconde information 12, représentative de l'état dans lequel est placée la boîte de vitesses (à savoir « embrayée » (ou « tournant ») ou bien « débrayée » (ou « non tournant »)).

25 Ce deuxième sous-module SM2 peut, par exemple, comprendre une bascule définissant une fonction logique de type ET (ou « AND »). Ces première 11 et seconde 12 informations sont connues du calculateur CS. Par exemple, la valeur de la première information 11 dépend du régime moteur en cours (soit nul, soit strictement supérieur à zéro), et la 30 valeur de la seconde information 12 dépend de la position en cours de la pédale d'embrayage (soit « enfoncée », soit « non enfoncée »). Les moyens de calcul MC sont agencés pour déterminer le couple de pertes CP, induit par la boîte de vitesses, en fonction d'une température d'huile dans la boîte de vitesses Thb et de la durée de déterminée par les moyens d'analyse MA. Par exemple, les moyens de calcul MC peuvent comprendre un troisième sous-module SM3 agencé pour atténuer le couple de pertes CF en fonction de la durée de (déterminée par les moyens d'analyse MA) et de données qui sont représentatives d'au moins une courbe d'évolution temporelle du couple de pertes CF en fonction d'au moins une température extérieure, cette atténuation étant d'autant plus grande que la durée de est grande. la De préférence, le troisième sous-module SM3 stocke des données représentatives de plusieurs (au moins deux) courbes d'évolution temporelle du couple de pertes CF en fonction respectivement de plusieurs températures extérieures. Des exemples de telles courbes sont illustrés sur la figure 2. Plus précisément, dans l'exemple non limitatif de la figure 2 se trouve représenté 15 un diagramme de première Cl, deuxième C2, troisième C3 et quatrième C4 courbes d'évolution temporelle du couple de pertes d'une boîte de vitesses manuelle en fonction respectivement de première (-17°C), deuxième (-8°C), troisième (0°C) et quatrième (+20°C) températures extérieures. Ces quatre courbes Cl à C4 ont par exemple été obtenues en laboratoire sur un banc de 20 test pour une huile donnée. On notera que dans les courbes Cl à C4 la valeur maximale du couple de pertes CF correspond à l'instant où le moteur thermique est tournant et où l'on ferme l'embrayage et donc où la boîte de vitesses est mise en rotation. Par conséquent, chaque durée de débute à cet instant où l'on 25 ferme l'embrayage. L'évolution du couple de pertes CF, qui est issue de l'atténuation effectuée par le troisième sous-module SM3 en fonction de la durée de, est donc similaire à l'évolution temporelle de l'une des courbes Cl à C4, ou d'une courbe extrapolée de ces dernières.

30 On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que les moyens de calcul MC peuvent également comprendre un quatrième sous-module SM4 agencé pour délivrer un couple de pertes CF' soit qui présente une valeur nulle lorsque le moteur thermique n'est pas en fonctionnement et/ou lorsque le moteur thermique n'est pas couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage, soit qui est égale au couple de pertes CP estimé par le troisième sous-module SM3 lorsque le moteur thermique est en fonctionnement et couplé à la boîte de vitesses via l'embrayage. Pour ce faire, ce quatrième sous-module SM4 peut recevoir en entrée le premier signal s1 et le couple de pertes CP. On notera également que l'invention concerne aussi bien les boîtes de vitesses équipées d'un capteur de température chargé de déterminer la température interne de l'huile qu'elles contiennent, que les boîtes de vitesses 1 o dépourvues d'un tel capteur de température. Dans ce dernier cas, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif D peut avantageusement comprendre des moyens d'estimation ME agencés de manière à estimer la température d'huile dans la boîte de vitesses Thb en fonction de la température extérieure Te, de la température d'huile dans le moteur 15 thermique Thm et d'un temps tam depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement (c'est-à-dire sans tourner (ou à régime moteur nul)). Par exemple, les moyens d'estimation ME peuvent stocker des données qui sont représentatives de plusieurs (au moins deux) courbes d'évolution de la température estimée de l'huile de la boîte de vitesses Thb en 20 fonction du temps tam depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement pour plusieurs températures extérieures Te. Des exemples de telles courbes sont illustrés sur la figure 3. Plus précisément, dans l'exemple non limitatif de la figure 3 se trouve représenté un diagramme de première Cl', deuxième C2', troisième C3', quatrième C4', cinquième C5' et 25 sixième C6' courbes d'évolution de la température interne Thb en fonction du temps tam (en secondes), respectivement pour de première (+40°C), deuxième (+20°C), troisième (0°C), quatrième (-10°C), cinquième (-20°C) et sixième (-40°C) températures extérieures. On notera que pour simplifier les estimations, les moyens d'estimation 30 ME peuvent être agencés pour assimiler la température d'huile dans la boite de vitesse Thb à la température extérieure Te xt lorsque le temps tam précité est supérieur à un premier seuil prédéfini, qui est par exemple lui-même dépendant de la température extérieure. A titre d'exemple non limitatif, ce premier seuil peut être choisi égal à deux heures ou bien à quatre heures. On comprendra en effet que lorsque la boîte de vitesses ne tourne pas pendant un temps ta, assez long (supérieur ou égal au premier seuil), la température interne Thb de son huile tend vers la température extérieure Te, et donc on peut s'abstenir de l'estimer par le calcul. Lorsque le temps ta, précité est inférieur au premier seuil, la température interne Thb est estimée en fonction de ce temps ta, depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement dans un environnement à la température extérieure Te. la De même, les moyens d'estimation ME peuvent mettre en oeuvre une stratégie pour remplacer par une valeur maximale le temps ta, depuis lequel le moteur thermique est hors fonctionnement, dans certaines situations de vie, dans le but d'estimer une température d'huile de la boite de vitesse thb froide malgré un temps d'arrêt moteur ta, court, et ainsi d'appliquer un couple de 15 pertes CF important. Cette stratégie permet de s'affranchir d'un temps d'arrêt moteur tam trompeur dans les situations de vie où le moteur thermique est mis en fonctionnement, puis arrêté rapidement, avant toute fermeture de l'embrayage, avant qu'il soit de nouveau mis en fonctionnement et que 20 l'embrayage soit refermé. Dans ces situations de vie, la durée d'arrêt moteur ta, est en effet très courte, mais la boite de vitesse n'ayant pas été mise en rotation son huile est figée et froide, ce qui entrainera un couple de pertes important lors de la fermeture de l'embrayage. Pour mettre en oeuvre la stratégie précitée, les moyens d'estimation 25 ME peuvent, par exemple, être agencés pour déterminer une température corrigée d'huile dans le moteur thermique en fonction de la durée de, puis pour remplacer le temps d'arrêt moteur ta, par un temps de substitution choisi, si la différence entre la température corrigée et la température extérieure Te xt est inférieure à un deuxième seuil prédéfini. A titre d'exemple 30 non limitatif, ce temps d'arrêt moteur de substitution peut être égal à deux heures, et ce deuxième seuil peut être choisi égal à environ 10°C. En d'autres termes, si la différence entre la température corrigée et la température extérieure Text est inférieure au deuxième seuil, on considère que le véhicule et sa boîte de vitesses sont froids, et qu'un couple de pertes CF important doit être pris en compte, quelle que soit la durée tam du dernier arrêt moteur. L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une amélioration des performances de démarrage du moteur thermique en présence de basses températures du fait de la meilleure estimation du couple de pertes, - une amélioration de la robustesse du régulateur de ralenti et du calculateur de contrôle de trajectoire (ESP), et une réduction des coûts de 1 o développement de ces derniers, dans le cas d'un véhicule automobile, - une amélioration de l'agrément de conduite et une réduction des coûts et temps de développement, dans le cas d'un véhicule automobile.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (D) d'estimation d'un couple de pertes (CP) induit par une boîte de vitesses manuelle propre à être couplée à un moteur thermique via un embrayage, ledit dispositif (D) comprenant des moyens de calcul (MC) agencés pour déterminer ledit couple de pertes (CP) en fonction d'une température d'huile dans ladite boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'analyse (MA) agencés pour déterminer une durée pendant laquelle ledit moteur thermique est resté en fonctionnement couplé à ladite boîte de vitesses via ledit embrayage, et en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour déterminer ledit couple de pertes (CP) en fonction en outre de ladite durée déterminée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour atténuer ledit couple de pertes (CP) en fonction de ladite durée et de données représentatives d'au moins une courbe d'évolution temporelle du couple de pertes (CP) en fonction d'au moins une température extérieure, ladite atténuation étant d'autant plus grande que ladite durée est grande.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MC) sont agencés pour délivrer un couple de pertes (CP) d'une valeur nulle lorsque ledit moteur thermique n'est pas en fonctionnement et/ou lorsque ledit moteur thermique n'est pas couplé à ladite boîte de vitesses via ledit embrayage.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'estimation (ME) agencés pour estimer ladite température d'huile dans la boîte de vitesses en fonction d'une température extérieure, d'une température d'huile dans ledit moteur thermique et d'un temps depuis lequel ledit moteur thermique est hors fonctionnement.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation (ME) sont agencés pour assimiler ladite température d'huile dans la boite de vitesse à ladite température extérieure lorsque ledit temps est supérieur à un premier seuil prédéfini.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier seuil prédéfini est dépendant de ladite température extérieure.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'estimation (ME) sont agencés pour déterminer une température corrigée d'huile dans le moteur thermique en fonction de ladite durée, puis pour remplacer ledit temps par un temps de substitution choisi lorsqu'une différence entre ladite température corrigée et ladite température extérieure est inférieure à un deuxième seuil prédéfini.
8. Calculateur (CS) pour un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend 1 o un dispositif d'estimation (D) selon l'une des revendications précédentes.
9. Véhicule comprenant un moteur thermique propre à être couplé à une boîte de vitesses manuelle via un embrayage, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un calculateur (CS) selon la revendication 8.
10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est de type 15 automobile.