WO1999006237A1 - Procede et dispositif de commande d'un tracteur agricole selon plusieurs modes de pilotage - Google Patents

Procede et dispositif de commande d'un tracteur agricole selon plusieurs modes de pilotage Download PDF

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Bernard Ollivier
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K31/00—Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B67/00—Devices for controlling the tractor motor by resistance of tools
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H59/14—Inputs being a function of torque or torque demand
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H59/50—Inputs being a function of the status of the machine, e.g. position of doors or safety belts
    • F16H59/54—Inputs being a function of the status of the machine, e.g. position of doors or safety belts dependent on signals from the brakes, e.g. parking brakes

Definitions

  • the present invention relates to the control of agricultural tractors. More precisely, it relates to a set of measures allowing the driver to choose at any time from among several modes of piloting the power train of his tractor, the one which best corresponds to his activity.
  • This invention applies in particular to an agricultural tractor whose motor-propulsion group (GMP) is constituted by a Diesel engine equipped with an electronic accelerator, and by an automatic transmission with shift under torque - total or partial - or mechanical with automated reporting.
  • GMP motor-propulsion group
  • Some passenger vehicles have automated or robotic mechanical transmissions, giving the driver the choice of manually changing their transmission ratios, or entrusting this task to a computer applying automatic shift laws.
  • cruise control systems are known, or “cruise control systems”, adaptable to vehicles equipped with any type of transmission, which allow the driver to maintain a constant speed of movement without any effort of particular attention. keeping the possibility of regaining control of its speed at any time.
  • An agricultural tractor is used in very different conditions, depending on whether it is traveling on the road, or whether it is preparing the soil or harvesting with implements or not.
  • the same driver may therefore prefer, depending on the circumstances, to keep complete control of the powertrain, or abandon to an automatic pilot system the task of maintaining a travel speed or a PTO speed. constant, to automatically shift gears, or to minimize its consumption.
  • the present invention aims to adapt at all times the behavior of an agricultural tractor to the expectations of its driver, while allowing him to optimize its consumption or its performance.
  • the driver can, as he chooses, keep control of the speed of movement v and of the transmission ratio n, let the tractor automatically change gear n, impose a power take-off speed setpoint consigne p df, and / or impose a travel speed setpoint v c .
  • the recording of a set speed is accompanied by an automatic search for the engine speed and the transmission ratio minimizing consumption.
  • the load of the engine ⁇ can be controlled so as to observe a set point imposed on the PTO speed.
  • the tractor can automatically change gear to maintain a constant speed while observing the PTO speed setpoint.
  • FIG. 1 illustrates the application of the invention to an agricultural tractor
  • the tractor 1 of FIG. 1 is equipped with an engine 2, for example a diesel engine equipped with an electronic accelerator 3, and with an automatic or robotic transmission 4, the passages of which are controlled by a specific computer 4a, or by the central computer 5 of the powertrain.
  • the steering of the powertrain is managed by the central computer 5, connected for this purpose with:
  • the central computer receives the following information:
  • the computer sends control signals for the load of the motor ⁇ to the electronic accelerator 3 of the motor 2, and control signals for the transmission ratio n to the transmission computer 4a, and / or directly to the control unit thereof. this.
  • the mode selector 6 has at least a first “manual” position, in which the driver controls on the one hand the engine speed ⁇ m and the speed of movement v using the hand accelerator 8, or foot accelerator 7, and on the other hand the transmission ratio n, using a manual gear selector not shown.
  • a second position, or “forward speed regulation” position allows the driver to program the speed of his choice v c , before starting, or to record as instantaneous speed v c the instantaneous speed of movement. v of the tractor.
  • the computer, 5 itself fixes the engine speed ⁇ and the ratio n making it possible to reach the chosen speed of reference v c is retained directly by the central computer 5 ;, or by means of the computer of transmission 4a.
  • the computer 5 fixes the engine speed ⁇ m by choosing, in accordance with the mapping of the engine 3 and the transmission shift laws 4, the torque of the engine load value ⁇ and of report n minimizing the consumption of the tractor, while making it possible to keep the set speed v c chosen by the driver, the forward speed set point v c , can be constituted by a minimum value and / or by a maximum value, either by a nominal speed with possibly a tolerance.
  • a third position, or “automatic” position of the selector 6 the driver retains control of the speed v, but abandons the choice of the ratio n to the central computer 5, or to the transmission computer 4a.
  • the computer 4a or 5 constantly determines whether the ratio of the transmission n must be retained, if the lower ratio n-1, or if the upper ratio n + 1 must be engaged, by applying shift laws represented in a plane by engine speed curves ⁇ m as a function of the load ⁇ .
  • the invention also provides for an operation of the powertrain according to a "PTO speed regulation" mode.
  • the driver programs for the PTO speed ⁇ P df, either a minimum value and / or a maximum value, or a nominal value with possibly a tolerance.
  • the driver can additionally impose a forward speed setpoint v c , either in the form of a minimum value and / or a maximum value, or in the form of a nominal speed with possible tolerance.
  • the driver enters his speed setpoint ⁇ p df, nominal or not, he optionally chooses the transmission ratio n allowing the speed of movement v of the tractor to be kept while respecting the PTO speed setpoint ⁇ p df.
  • computer 5 can control the powertrain so as to maintain its setpoint ⁇ P df and a setpoint speed v c in all circumstances, while the power required varies , for example depending on the slope of the ground, or the resistance encountered by the tractor tools: the computer 5 then imposes on engine 2 the necessary load ⁇ , authorizing if necessary a gear change. According to this particular operating mode, the charge ⁇ and the ratio n, are therefore controlled so as to keep ⁇ p df and v constant.
  • the “PTO speed regulation” mode can however be accompanied by a consumption minimization constraint.
  • this particular operating mode known as “eco engine speed regulation” mode
  • the PTO speed ⁇ P df respects a setpoint, but the forward speed v is not fixed.
  • the computer 5 then authorizes a reduction in the speed v, and if necessary a gear change, to minimize the load ⁇ without reducing the speed ⁇ p dr.
  • the driver may prefer to have all the available power of the engine when the PTO speed meets its instructions.
  • the forward speed v is not fixed, but this time, the load ⁇ and the transmission are controlled so that the engine delivers permanently its maximum power.
  • the mode selector 6 has four positions corresponding respectively to the “manual”, “auto”, “speed regulation”, and “PTO speed regulation” modes.
  • the driver can be given the possibility of choosing by any means (associated or not with the selector) between the three options of the PTO regulation mode described above. Without departing from the scope of the invention, provision can also be made to give definitive preference or not to one of them.

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Abstract

Procédé de commande d'un tracteur agricole selon plusieurs modes de pilotage, caractérisé en ce que le conducteur peut selon son choix garder la maîtrise de la vitesse de déplacement v et du rapport n de la transmission, laisser le tracteur changer automatiquement de rapport n, imposer une consigne de régime de prise de force φpdf, et/ou imposer une consigne de vitesse de déplacement vc.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN TRACTEUR AGRICOLE SELON PLUSIEURS MODES
DE PILOTAGE
La présente invention se rapporte à la commande des tracteurs agricoles. Plus précisément, elle concerne un ensemble de mesures permettant au conducteur de choisir à chaque instant parmi plusieurs modes de pilotage du groupe moto-propulseur de son tracteur, celui qui correspond le mieux à son activité.
Cette invention s'applique notamment à un tracteur agricole dont le groupe moto-propulseur (G.M.P) est constitué par un moteur Diesel équipé d'un accélérateur électronique, et par une transmission automatique à passage sous couple -total ou partiel-, ou mécanique à passage des rapports automatisé.
Certains véhicules de tourisme, disposent de transmissions mécaniques automatisées ou robotisées, laissant au conducteur le choix de changer manuellement ses rapports de transmission, ou de confier cette tâche à un calculateur appliquant des lois de passage automatique.
D'autres véhicules, équipés au contraire de transmissions automatiques associant un convertisseur de couple et un train épicycloïdal, offrent aujourd'hui au conducteur la possibilité de contrôler lui-même ses changements de rapport, comme avec une boîte de vitesses mécanique. Enfîn, on connaît des systèmes de contrôle de vitesse de croisière, ou «cruise control Systems», adaptables sur des véhicules équipés de tout type de transmission, qui permettent au conducteur de conserver sans effort d'attention particulier une vitesse de déplacement constante, tout en gardant la possibilité de retrouver à chaque instant le contrôle de sa vitesse.
Un tracteur agricole est utilisé dans des conditions très différentes, selon qu'il se déplace sur la route, ou qu'il effectue des travaux de préparation du sol ou de récolte avec des outils entraînés ou non.
En fonction de ses différentes activités, un même conducteur pourra ainsi préférer selon les circonstances, garder le contrôle complet du groupe moto-propulseur, ou abandonner à un système de pilotage automatique le soin de conserver une vitesse de déplacement ou un régime de prise de force constant, de passer automatiquement les vitesses, ou encore de minimiser sa consommation.
Par ailleurs, l'optimisation de la consommation d'un tracteur agricole revêt un intérêt d'autant plus grand que son nombre d'heures de travail est élevé. A ce sujet, l'application de lois de passage automatiques des rapports, qui donnent de façon classique la priorité aux rapports les plus longs, donc au fonctionnement du moteur à bas régime, rend très avantageuse l'utilisation des boîtes de vitesses automatiques sur les tracteurs agricoles.
La présente invention vise à adapter à tout instant le comportement d'un tracteur agricole aux attentes de son conducteur, tout en lui permettant d'optimiser sa consommation ou ses performances.
Elle propose notamment que le conducteur puisse selon son choix garder la maîtrise de la vitesse de déplacement v et du rapport n de la transmission, laisser le tracteur changer automatiquement de rapport n, imposer une consigne de régime de prise de force ωpdf, et/ou imposer une consigne de vitesse de déplacement vc.
Selon un mode de pilotage du groupe moto-propulseur, dit de «régulation de vitesse d'avancement» l'enregistrement d'une vitesse de consigne s'accompagne d'une recherche automatique du régime moteur et du rapport de transmission minimisant la consommation.
Selon un autre mode de pilotage du groupe moto-propulseur dit de «régulation de régime prise de force», la charge du moteur α peut être pilotée de façon à observer une consigne imposée au régime de la prise de force. De préférence, le tracteur peut changer automatiquement de rapport pour conserver une vitesse constante tout en observant la consigne de régime de prise de force.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre l'application de l'invention sur un tracteur agricole, et
- la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié de celle- ci.
Le tracteur 1 de la figure 1 est équipé d'un moteur 2, par exemple un moteur Diesel équipé d'un accélérateur électronique 3, et d'une transmission automatique ou robotisée 4, dont les passages sont commandés par un calculateur spécifique 4a, ou par le calculateur central 5 du groupe moto-propulseur. Conformément à l'invention, le pilotage du groupe moto-propulseur est géré par le calculateur central 5, relié à cet effet avec :
- un sélecteur de mode 6, - l'accélérateur à pied 7,- une manette d'accélérateur à main 8,
- des capteurs de vitesse de déplacement 9, de régime moteur 10 et de régime de prise de force 11, - un programmateur de vitesse de consigne 12, et
- le bloc de commande de la transmission 4, ou un calculateur spécifique de transmission 4a.
Sur la figure 2, on voit que le calculateur central reçoit les informations suivantes :
- le mode de pilotage m choisi à l'aide du sélecteur 6,
- la consigne de régime moteur ωc établie au moyen de l'accélérateur à pied 7, ou de l'accélérateur à main 8, - la consigne de vitesse de déplacement vc, imposée à partir du programmateur de vitesse 9, et
- les informations vitesse de déplacement v, et régime moteur ωm, transmises par les capteurs 10, et 11.
Le calculateur envoie des signaux de pilotage de la charge du moteur α à l'accélérateur électronique 3 du moteur 2, et des signaux de pilotage du rapport de transmission n au calculateur de transmission 4a, et/ou directement au bloc de commande de celle-ci.
Conformément à l'invention, le sélecteur de mode 6 dispose au moins d'une première position «manuelle», dans laquelle le conducteur maîtrise d'une part le régime moteur ωm et la vitesse de déplacement v à l'aide de l'accélérateur à main 8, ou de l'accélérateur à pied 7, et d'autre part le rapport de transmission n, à l'aide d'un sélecteur manuel de rapport non représenté. Une seconde position, ou position de «régulation de vitesse d'avancement», permet au conducteur de programmer la vitesse de son choix vc, avant de démarrer, ou d'enregistrer en tant que vitesse de consigne vc la vitesse de déplacement instantanée v du tracteur. Selon ce mode de fonctionnement, le calculateur, 5 fixe lui même le régime moteur ω et le rapport n permettant d'atteindre la vitesse de consigne vc choisie est retenu directement par le calculateur central 5;, ou par l'intermédiaire du calculateur de la transmission 4a.
En mode de «régulation de vitesse d'avancement», le calculateur 5 fixe le régime moteur ωm en choisissant conformément à la cartographie du moteur 3 et aux lois de passage de la transmission 4, le couple de valeur de charge moteur α et de rapport n minimisant la consommation du tracteur, tout en permettant de conserver la vitesse de consigne vc choisie par le conducteur, la consigne de vitesse d'avancement vc, peut être constituée par une valeur minimale et/ou d'une valeur maximale, soit par une vitesse nominale avec éventuellement une tolérance.
Dans une troisième position, ou position «automatique» du sélecteur 6, le conducteur conserve le contrôle de la vitesse v, mais abandonne le choix du rapport n au calculateur central 5, ou à au calculateur de transmission 4a. Comme dans tout véhicule équipé d'une boîte de vitesse automatique, le calculateur 4a ou 5 détermine à chaque instant si le rapport de la transmission n doit être conservé, si le rapport inférieur n-1, ou si le rapport supérieur n+1 doit être engagé, en appliquant des lois de passage représentées dans un plan par des courbes de régime moteur ωm en fonction de la charge α.
Lorsque le régime moteur ωm dépasse une valeur limite ωsup, fonction croissante de la charge moteur α, la transmission passe le rapport supérieur, jusqu'à atteindre une vitesse d'avancement v correspondant à un équilibre entre la puissance fournie par le groupe moto-propulseur, et la puissance résistante liée à la charge du tracteur. Cette vitesse d'équilibre évoluera en réponse à tout changement de position de l'accélérateur à pied 7, ou de l'accélérateur à main 8. Enfin, si elle est mise en mémoire en tant que vitesse de consigne vc, on peut retrouver le mode «régulation de vitesse d'avancement» exposé ci-dessus.
L'invention prévoit également un fonctionnement du groupe moto-propulseur selon un mode «régulation de régime de la prise de force». Selon ce mode de fonctionnement, le conducteur programme pour le régime de prise de force ωPdf, soit une valeur minimale et/ou une valeur maximale, soit une valeur nominale avec éventuellement une tolérance. En «mode de régulation de prise de force», le conducteur peut imposer en plus une consigne de vitesse d'avancement vc, soit sous la forme une valeur minimale et/ou d'une valeur maximale, soit sous la forme d'une vitesse nominale avec éventuellement une tolérance. Lorsque le conducteur introduit sa consigne de régime ωpdf, nominale ou non, il choisit éventuellement le rapport de transmission n permettant de conserver la vitesse de déplacement v du tracteur en respectant la consigne de régime de prise de force ωpdf.
Lorsque le régime de prise de force suit la consigne qui lui est imposée, calculateur 5 peut piloter le groupe moto-propulseur de façon à conserver en toutes circonstances sa consigne ωPdf et une vitesse de consigne vc, alors que la puissance nécessaire varie, par exemple en fonction de la pente du terrain, ou de la résistance rencontrée par les outils du tracteur : le calculateur 5 impose alors au moteur 2 la charge α nécessaire, en autorisant si nécessaire un changement de rapport. Selon ce mode de fonctionnement particulier, la charge α et le rapport n, sont donc contrôlés de façon à conserver ωpdf et v constants.
Le mode «régulation de régime prise de force» peut cependant être assorti d'une contrainte de minimisation de la consommation. Selon ce mode de fonctionnement particulier, dit mode «régulation de régime moteur éco», le régime de prise de force ωPdf respecte une consigne, mais la vitesse d'avancement v n'est pas figée. Le calculateur 5 autorise alors une de réduction de la vitesse v, et si nécessaire un changement de rapport, pour minimiser la charge α sans réduire le régime ωpdr.
Enfin, dans un souci de performance, le conducteur pourra préférer disposer de toute la puissance disponible du moteur lorsque le régime de la prise de force respecte sa consigne. Dans ce mode «régulation de régime prise de force perf comme en mode «eco», la vitesse v d'avancement n'est pas figée, mais cette fois, la charge α et la transmission sont pilotées de façon à ce que le moteur délivre en permanence sa puissance maximum.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le sélecteur de mode 6, dispose de quatre positions correspondant respectivement aux modes «manuel», «auto», «régulation de vitesse», et «régulation de régime de prise de force». Dans cette configuration non limitative, on peut laisser au conducteur la possibilité de choisir par tout moyen (associé ou non au sélecteur ) entre les trois options du mode régulation de prise de force décrites ci-dessus. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut également prévoir de donner de façon définitive ou non la préférence à l'une d'elles.

Claims

REVENDICATIONS
[1] Procédé de commande d'un tracteur agricole selon plusieurs modes de pilotage, caractérisé en ce que le conducteur peut selon son choix garder la maîtrise de la vitesse de déplacement v et du rapport n de la transmission, laisser le tracteur changer automatiquement de rapport n, imposer une consigne de régime de prise de force ωpdf, et/ou imposer une consigne de vitesse de déplacement vc.
[2] Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enregistrement d'une vitesse de consigne vc s'accompagne d'une recherche automatique du régime moteur ωm et du rapport de transmission n minimisant la consommation.
[3] Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge du moteur α peut être pilotée de façon à observer une consigne imposée au régime de prise de force ωPdf.
[4] Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tracteur peut changer automatiquement de rapport pour conserver une vitesse constante tout en observant la consigne de régime de prise de force ωpdf.
[5] Procédé de commande selon la revendication 3 caractérisé en ce que la charge du moteur α peut être pilotée de façon à minimiser la consommation, tout en respectant la consigne de régime de prise de force ωpdf.
[6] Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge du moteur α peut être pilotée de façon à utiliser toute la puissance disponible du moteur, tout en respectant la consigne de régime de prise de force ωpcif.
[7] Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne de régime de prise de force ωpdf est une valeur minimale et/ou une valeur maximale.
[8] Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la consigne de régime de prise de force ωpdf est valeur nominale assortie d'une tolérance.
[9] Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne de vitesse vc est une valeur minimale et/ou une valeur maximale.
[10] Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la consigne d vitesse vc est une vitesse nominale assortie d'une tolérance.
[11] Dispositif de commande d'un tracteur agricole selon plusieurs modes de pilotage, comportant un calculateur central 5, un sélecteur de mode de pilotage 6, un l'accélérateur à pied 7 et /ou un accélérateur à main 8, des capteurs de vitesse de déplacement 9, et de régime moteur 10 et un programmateur de vitesse de consigne
11, caractérisé en ce que le sélecteur 6, dispose de plusieurs positions permettant au conducteur de garder la maîtrise de la vitesse de déplacement v et du rapport n de la transmission, de laisser le tracteur changer automatiquement de rapport n, d'imposer une consigne au régime de prise de force, et/ou d'imposer une vitesse de déplacement de consigne vc.
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