VEHICULE AUTOMOBILE

Domaine technique

L'invention se rapporte au domaine des mesures de couple dans une chaîne de transmission de véhicule automobile, en particulier une chaîne de transmission à simple embrayage ou une chaîne de transmission à double embrayage.

Arrière-plan technologique

II est utile de posséder des mesures de couple précises dans une chaîne de transmission de véhicule automobile pour diverses fonctions, notamment pour effectuer un pilotage précis d'un ou plusieurs dispositifs d'accouplement agencés dans la chaîne de transmission.

Un véhicule automobile comprend généralement un dispositif d'accouplement entre un arbre moteur du véhicule automobile, qui est entraîné en rotation par un moteur à combustion interne et/ou un moteur électrique, et un arbre d'entrée de la boîte de vitesses. La boîte de vitesses peut être du type mécanique à plusieurs rapports de transmission avec ou sans robotisation des changements de rapports.

Le dispositif d'accouplement est en général un embrayage à friction, commandé par un actionneur piloté par un système de traitement de l'information en fonction d'un certain nombre de paramètres mesurés ou estimés tels que des positions, des vitesses, des accélérations, des efforts, des couples, des pressions et des tensions électriques. L'actionneur de commande de l'embrayage agit sur la position d'un organe mobile de cet embrayage, tel par exemple que la butée d'embrayage, qui détermine la position d'un plateau de pression et la charge appliquée à ce plateau par un diaphragme annulaire pour le serrage des garnitures de friction d'un disque relié à un arbre d'entrée de la boîte de vitesses, ce serrage déterminant le couple transmis par l'embrayage.

L'actionneur peut aussi agir directement sur la charge appliquée sur le plateau de pression par une liaison mécanique ou hydraulique par exemple. La commande automatisée de l'embrayage doit prendre en compte un grand nombre de grandeurs physiques, de grandeurs d'état et de grandeurs de commande qui sont mesurées ou estimées sur le moteur, sur la boîte de vitesses et sur le reste du véhicule, et de signaux représentant la volonté du conducteur, l'adaptation du comportement de la transmission au style de conduite du conducteur, l'état dynamique du véhicule et l'état du module de commande (initialisation, mode normal, mode dégradé, apprentissage, arrêt, ....) etc.

WO-A-2010007321 décrit un module de commande en couple des deux embrayages d'une chaîne de transmission. Ce module de commande comporte un estimateur du couple transmis par le double embrayage. Un inconvénient de cet estimateur réside dans le fait que l'estimation du couple dans l'embrayage repose sur la précision de l'information de couple moteur fournie par le calculateur moteur. Cette information n'est généralement précise que dans les phases de régime moteur stabilisé, alors qu'elle peut être entachée d'une très forte erreur lors des phases de forte dynamique comme le décollage ou le changement de rapport de transmission. En outre, cet estimateur ne présente pas une condition d'observabilité suffisante pour reconstruire le couple dans chacun des deux embrayages quand les deux embrayages transmettent un couple en même temps, notamment dans la phase de transfert de couple d'un embrayage sur l'autre pendant le changement de rapport.

Résumé

Une idée à la base de l'invention est de fournir des méthodes et dispositifs de mesure qui permettent de déterminer le couple transmis par un ou plusieurs embrayages sans dépendre de la précision d'une information de couple moteur. Certains aspects de l'invention visent en outre à fournir une méthode d'estimation qui permet d'estimer le couple dans chaque embrayage d'une transmission à double embrayage dans toutes les phases de fonctionnement, notamment pendant les phases de transfert de couple d'un embrayage sur l'autre pendant le changement de rapport. Certains aspects de l'invention partent de l'idée de déterminer le couple transmis par un ou plusieurs embrayages essentiellement à partir de la mesure de déplacement angulaire des arbres, notamment au moyen d'un ou plusieurs capteurs de déplacement angulaire à haute résolution. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit un procédé pour déterminer un couple dans une chaîne de transmission de véhicule automobile, dans lequel on emploie une chaîne de transmission comportant un arbre d'entrée destiné à être accouplé à un moteur du véhicule automobile, un arbre de sortie destiné à être accouplé à des roues motrices du véhicule automobile et une boîte de vitesse comportant une pluralité d'engrenages synchroniseurs aptes à respectivement accoupler l'arbre de sortie à l'arbre d'entrée selon une pluralité de rapports de transmission, le procédé comportant :

mesurer une vitesse de rotation de l'arbre d'entrée,

mesurer une vitesse de rotation de l'arbre de sortie,

fournir un modèle numérique mis en œuvre par ordinateur qui simule la chaîne de transmission par un système déformable en torsion, le modèle numérique comportant un coefficient de raideur de torsion du système déformable, un coefficient d'amortissement visqueux en torsion du système déformable et une pluralité de variables d'état représentant un état instantané du système déformable en torsion, dans lequel les variables d'état sont exhaustivement choisies dans l'ensemble constitué de :

la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, le couple d'entrée agissant sur l'arbre d'entrée,

les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des variables précédentes, et

les combinaisons des variables précédentes et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

et dans lequel les variables d'état comportent une variable de sortie choisie dans l'ensemble constitué des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, et les combinaisons des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

calculer les variables d'état du modèle numérique à des instants successifs en faisant converger la variable de sortie avec les vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie mesurées,

et déterminer le couple d'entrée agissant sur l'arbre d'entrée à des instants successifs en fonction des variables d'état calculées. Selon des modes de réalisation, un tel procédé de détermination de couple peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

Selon un mode de réalisation, la chaîne de transmission employée comporte deux arbres d'entrée destinés à être accouplés au moteur du véhicule automobile indépendamment l'un de l'autre, la boîte de vitesse comportant une première demi-boîte comprenant une première pluralité d'engrenages synchroniseurs aptes à respectivement accoupler l'arbre de sortie à un premier des deux arbres d'entrée selon une première pluralité de rapports de transmission et une deuxième demi-boîte comprenant une deuxième pluralité d'engrenages synchroniseurs aptes à respectivement accoupler l'arbre de sortie à un deuxième des deux arbres d'entrée selon une deuxième pluralité de rapports de transmission.

Dans ce cas, le procédé comporte :

mesurer une vitesse de rotation de chacun des deux arbres d'entrée,

mesurer une vitesse de rotation de l'arbre de sortie,

fournir un premier et un deuxième modèles numériques mis en œuvre par ordinateur qui simulent la première, respectivement deuxième, demi-boîte par un premier, respectivement deuxième, système déformable en torsion, le premier, respectivement deuxième, modèle numérique comportant un premier, respectivement deuxième coefficient de raideur de torsion du système déformable, un premier, respectivement deuxième coefficient d'amortissement visqueux en torsion du système déformable et une pluralité de premières, respectivement deuxièmes variables d'état représentant un état instantané du système déformable en torsion, dans lequel les premières, respectivement deuxièmes variables d'état sont exhaustivement choisies dans l'ensemble constitué de :

la vitesse de rotation du premier, respectivement deuxième, arbre d'entrée, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, le couple d'entrée agissant sur le premier, respectivement deuxième, arbre d'entrée,

les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des variables précédentes, et

les combinaisons des variables précédentes et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

et dans lequel les premières, respectivement deuxièmes variables d'état comportent une première, respectivement deuxième variable de sortie choisie dans l'ensemble constitué des vitesses de rotation du premier, respectivement deuxième arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, et les combinaisons des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

calculer les premières, respectivement deuxièmes, variables d'état du premier, respectivement deuxième modèle numérique à des instants successifs en faisant converger la première, respectivement deuxième, variable de sortie avec les vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie mesurées,

et déterminer le couple d'entrée agissant sur le premier, respectivement deuxième, arbre d'entrée à des instants successifs en fonction des premières, respectivement deuxièmes, variables d'état calculées.

Grâce à l'utilisation de ces deux modèles numériques, à savoir un pour chaque arbre d'entrée, on obtient donc deux représentations d'états indépendantes et distinctes.

Selon un mode de réalisation, le modèle numérique comporte en outre un coefficient de frottement visqueux du système déformable.

Selon un mode de réalisation, les variables d'état du modèle numérique sont constituées de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, la dérivée temporelle de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée au premier ordre, la dérivée temporelle du couple d'entrée au premier ordre et la dérivée temporelle du couple d'entrée au deuxième ordre ; la variable de sortie du modèle numérique étant la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée.

Grâce à un tel modèle observable, la mesure de la vitesse de l'arbre d'entrée permet d'estimer l'intégralité de l'état en faisant converger la variable d'état « vitesse d'arbre d'entrée » du modèle sur la mesure réelle de la vitesse d'arbre d'entrée.

De préférence dans ce cas, on détermine le couple d'entrée par intégration temporelle de la variable d'état égale à la dérivée temporelle du couple d'entrée au premier ordre.

Selon un autre mode de réalisation, les variables d'état du modèle numérique comportent la vitesse de rotation de l'arbre de sortie et le modèle numérique impose une dynamique prédéfinie de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie. Par exemple, dans une équation dynamique au premier ordre, le modèle calcule la dérivée temporelle au premier ordre de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie en multipliant la vitesse de rotation de l'arbre de sortie par un coefficient de proportionnalité négatif.

Grâce à un tel modèle, on peut imposer une dynamique prédéfinie sur la variable « vitesse de l'arbre de sortie », ce qui permet de simplifier le modèle et de le rendre observable tout en assurant la reconstruction exacte de cette variable.

De préférence dans ce cas, les variables d'état du modèle numérique sont constituées de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie et le couple d'entrée ; les variables de sortie du modèle numérique étant la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie.

Selon un autre mode de réalisation, les variables d'état du modèle numérique sont constituées de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, la différence entre le couple d'entrée et un couple prélevé par la déformation élastique du système déformable et la dérivée temporelle au premier ordre de la différence entre le couple d'entrée et le couple prélevé par la déformation élastique du système déformable ; la variable de sortie du modèle numérique étant la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée.

De préférence dans ce cas, on détermine le couple d'entrée à partir de la variable d'état égale à la différence entre le couple d'entrée et le couple prélevé par la déformation élastique du système déformable, le procédé comportant en outre : calculer une vitesse de déformation instantanée par différence entre la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée multiplié par un rapport de transmission actif de la boite de vitesse et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie,

calculer une intégrale temporelle au premier ordre de la vitesse de déformation instantanée, et

calculer le couple prélevé par la déformation élastique du système déformable à partir de l'intégrale temporelle au premier ordre de la vitesse de déformation instantanée.

De préférence dans ce cas, on détermine le couple d'entrée à partir de la variable d'état égale à la dérivée temporelle au premier ordre de la différence entre le couple d'entrée et le couple prélevé par la déformation élastique du système déformable, le procédé comportant en outre : calculer une vitesse de déformation instantanée par différence entre la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée multiplié par un rapport de transmission actif de la boite de vitesse et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, et

calculer une intégrale temporelle au premier ordre de la différence entre ladite variable d'état et un facteur proportionnel à la vitesse de déformation instantanée.

Selon un mode de réalisation, la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée et/ou la vitesse de rotation de l'arbre de sortie est mesurée à l'aide d'un capteur physique présentant une résolution angulaire inférieure ou égale à 1/400 ^e de tour, de préférence inférieure ou égale à 1/600 ^e de tour. Ces caractéristiques sont avantageuses notamment pour une ouverture de boîte allant de 4 à 8.

Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre, pour estimer un couple moteur du moteur du véhicule automobile en fonction du couple d'entrée agissant sur l'arbre d'entrée, les étapes de :

mesurer une vitesse de rotation du moteur,

fournir un modèle numérique de moteur mis en œuvre par ordinateur qui simule le moteur de véhicule par un système tournant indéformable dans lequel le couple d'entrée est soustrait au couple moteur, le modèle numérique de moteur comportant un moment d'inertie du moteur et un coefficient de frottement visqueux du moteur et une pluralité de variables d'état incluant la vitesse de rotation du moteur et le couple moteur,

calculer les variables d'état du modèle numérique de moteur à des instants successifs en faisant converger la vitesse de rotation du moteur calculée avec la vitesse de rotation du moteur mesurée.

De préférence dans ce cas, le procédé comporte en outre :

détecter que l'arbre d'entrée ou un des arbres d'entrées reçoit la totalité du couple moteur,

estimer le coefficient de raideur de torsion du modèle numérique qui simule la chaîne de transmission comprenant ledit arbre d'entrée en fonction du couple moteur calculé par le modèle numérique de moteur. Ces caractéristiques permettent notamment d'effectuer un recalage de la raideur sur le couple moteur calculé en phase de régime stabilisé.

Selon un mode de réalisation, l'invention fournit aussi un système de mesure pour déterminer un couple dans une chaîne de transmission de véhicule automobile, convenant pour une chaîne de transmission comportant un arbre d'entrée destiné à être accouplé à un moteur du véhicule automobile, un arbre de sortie destiné à être accouplé à des roues motrices du véhicule automobile et une boîte de vitesse comportant une pluralité d'engrenages synchroniseurs aptes à respectivement accoupler l'arbre de sortie à l'arbre d'entrée selon une pluralité de rapports de transmission, le système de mesure comportant :

un capteur physique d'entrée apte à mesurer une vitesse de rotation de l'arbre d'entrée,

un capteur physique de sortie apte à mesurer une vitesse de rotation de l'arbre de sortie,

un dispositif de calcul mis en œuvre par ordinateur fournissant un modèle numérique qui simule la chaîne de transmission par un système déformable en torsion, le modèle numérique comportant un coefficient de raideur de torsion du système déformable, un coefficient d'amortissement visqueux en torsion du système déformable et une pluralité de variables d'état représentant un état instantané du système déformable en torsion, dans lequel les variables d'état sont exhaustivement choisies dans l'ensemble constitué de :

la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, le couple d'entrée agissant sur l'arbre d'entrée,

les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des variables précédentes, et

les combinaisons des variables précédentes et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

et dans lequel les variables d'état comportent une variable de sortie choisie dans l'ensemble constitué des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, les dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie, et les combinaisons des vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie et de leurs dérivées et intégrales temporelles à tous les ordres,

un dispositif de calcul étant apte à calculer les variables d'état du modèle numérique à des instants successifs en faisant converger la variable de sortie avec les vitesses de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie mesurées,

et à déterminer le couple d'entrée agissant sur l'arbre d'entrée à des instants successifs en fonction des variables d'état calculées. Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.

• La figure 1 est une représentation schématique d'une chaîne de transmission à double embrayage dans un véhicule automobile vu de dessus.

· La figure 2 est un schéma en blocs fonctionnels représentant la chaîne de transmission de la figure 1 et un dispositif de mesure de couple qui lui est associé.

• La figure 3 est une représentation canonique d'un estimateur à entrée inconnue pouvant être mis en œuvre par ordinateur pour déterminer les états d'un système.

• La figure 4 est une représentation fonctionnelle d'un modèle physique de chaîne de transmission pouvant être employé dans un estimateur de couple.

• Les figures 5 et 6 représentent respectivement un estimateur de couple selon un premier mode de réalisation et des paramètres de cet estimateur.

• La figure 7 représente un estimateur de couple selon un deuxième mode de réalisation et des paramètres de cet estimateur. · La figure 8 représente un estimateur de couple selon un deuxième mode de réalisation et des paramètres de cet estimateur.

• La figure 9 est un schéma en blocs fonctionnels représentant un dispositif de commande d'embrayage dans lequel des estimateurs de couple peuvent être employés. Description détaillée de modes de réalisation

La figure 1 illustre l'architecture d'un système de transmission robotisé à double embrayage d'un véhicule automobile 1 . Le véhicule 1 comporte un moteur thermique 2 dont l'arbre de sortie ou vilebrequin 3 est relié aux deux arbres primaires 4a et 4b d'une boîte de vitesses 5 via un double embrayage 6. Chaque arbre primaire 4a et 4b est lié à un disque de friction respectif du double embrayage 6. Le double embrayage 6 permet de lier par frottement l'un ou/et l'autre des deux arbres primaires 4a et 4b au volant moteur 15 afin de transmettre le couple moteur.

La boîte de vitesses 5 comporte deux arbres secondaires 7a et 7b respectivement parallèles aux arbres primaires 4a et 4b. Chaque arbre secondaire 7a, respectivement 7b, est équipé de pignons fous 8a, respectivement 8b, qui coopèrent avec des pignons de vitesses 9a, respectivement 9b, portés par l'arbre primaire 4a, respectivement 4b. Chaque arbre secondaire porte également des synchroniseurs à crabot 10 permettant de solidariser en rotation les pignons fous à l'arbre secondaire de manière à transmettre un couple entre l'arbre primaire 4a ou 4b et l'arbre secondaire 7a ou 7b. Les deux arbres secondaires 7a et 7b coopèrent avec un pignon d'entrée 1 1 du différentiel 12 afin de transmettre le couple aux roues motrices 13.

Par exemple, l'arbre primaire 4a porte les pignons correspondant aux rapports impairs et l'arbre primaire 4b porte les pignons correspondant aux rapports pairs. Les pignons 9a et 9b des arbres primaires 4a et 4b engrènent sur les pignons fous 8a et 8b portés par les arbres secondaires 7a et 7b. Lorsque ces pignons fous sont rendus solidaires de l'arbre secondaire 7a ou 7b par la manœuvre des synchroniseurs, le couple de l'arbre primaire correspondant est transmis à l'arbre secondaire avec la démultiplication définie par le couple d'engrenage en prise par le crabot du synchroniseur. Les arbres secondaires 7a et 7b sont connectés à l'entrée du différentiel 12 par un couple d'engrenages 14a et 14b et transmettent alors le couple vers les roues motrices 13. Ainsi, les éléments 4a, 7a, 8a et 9a constituent une demi boîte de vitesses manuelle avec de rapports impairs et les éléments 4b, 7b, 8b et 9b constituent une demi boîte de vitesses manuelle avec de rapports pairs.

Le principal intérêt d'une telle transmission à double embrayage est de pouvoir associer le bon rendement de la boîte de vitesse manuelle avec le confort d'une boite de vitesses automatique, en transférant notamment le couple moteur d'une demi boite vers l'autre demi boîte lors du changement de rapport sans interrompre le couple transmis aux roues. Un calculateur moteur 17 pilote le moteur thermique 2 et fournit des informations notamment de couple moteur, de régime moteur et d'intention conducteur à un calculateur de transmission 18 qui pilote des actionneurs d'embrayage 19 qui manœuvrent le double embrayage 6 et des actionneurs de passage de vitesses 20 qui manœuvrent les synchroniseurs 10.

Des capteurs de position ou de vitesse angulaire peuvent également être installés en divers emplacements pour mesurer les vitesses de rotation des divers arbres de la transmission. La figure 1 montre ainsi, à titre illustratif :

- un capteur 21 qui mesure la vitesse de rotation du volant primaire moteur 15 et est connecté au calculateur moteur 17 qui transmet via un bus de donnée l'information de vitesse moteur Wm au calculateur de transmission 18. Le capteur 21 peut être également connecté directement au calculateur de transmission 18 en plus du calculateur moteur 17 pour des raisons de temps de latence ;

- des capteurs 22a et 22b qui mesurent la vitesse de rotation des arbres primaires 4a et 4b et sont connectés au calculateur de transmission 18 ;

- des capteurs 23a et 23b mesurant la vitesse de rotation des arbres secondaires 7a et 7b, qui sont connectés directement au calculateur de transmission 18 ;

- un capteur 26 mesurant la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée du différentiel 12, c'est-à-dire normalement la même information que les capteurs 23a et 23b des arbres secondaires 7a et 7b ;

- des capteurs 24 qui mesurent la vitesse de rotation des roues motrices 13 et qui sont connectés à un calculateur ABS (non représenté) qui transmet l'information sur un bus intersystème auquel le calculateur de transmission 18 est connecté.

Ces capteurs sont de préférence réalisés sous la forme de capteurs de position angulaire présentant une forte résolution sur un tour de l'arbre, par exemple au moins 400 points par tour, de préférence au moins 600 points par tour, voire idéalement 2000 à 2500 points par tour. Cette résolution élevée est utile pour pouvoir estimer les couples transmis en mesurant des déformations en torsion des arbres, comme il sera expliqué plus bas. Lorsque la mesure doit être effectuée à un régime faible avec un rapport engagé élevé, une résolution d'autant plus grande est nécessaire.

La technologie du capteur de position angulaire peut-être quelconque, notamment optique, magnétique, par exemple à effet hall ou fluxgate, ou capacitive. Dans un mode de réalisation, une cible est placée sur l'arbre dont on veut mesurer l'angle. Cette cible peut-être une cible métallique à haute résolution, un couple de plusieurs cible, une cible polaire magnétique ou un ensemble de roues polaires, ou encore un aimant collé ou assemblé sur l'arbre dont on mesure le champ qui varie avec la rotation.

Avec un capteur de position angulaire, on mesure directement l'angle, dont on dérive la vitesse de l'arbre soit en faisant la différence d'angle entre deux instants de mesure successifs, soit en réalisant un estimateur linéaire bouclé sur l'angle mesuré et estimant par reconstruction la vitesse de rotation.

Dans un mode de réalisation, l'estimateur de vitesse met en œuvre un modèle numérique du type : d 1 ....

— = à ^■ + L{ a— à i

àî i ^'

Où désigne l'angle mesuré et â désigne l'angle estimé, et où τ et L sont deux paramètres fixés choisis en fonction de la précision souhaitée sur l'information vitesse de l'arbre— .

Pour gérer le pilotage des embrayages, le calculateur de transmission 18 a besoin de déterminer le couple transmis par chaque embrayage du double embrayage 6. On va maintenant décrire des estimateurs de couple selon plusieurs modes de réalisation pouvant être employés pour cela. Suivant les modes de réalisation, il est possible d'utiliser un sous-ensemble des capteurs de vitesse angulaire décrits ci-dessus. La description des modes de réalisation des estimateurs ci-dessous montrera en outre quels capteurs sont nécessaires dans chaque cas.

Une représentation schématique de haut niveau d'un dispositif de mesure des couples est donnée sur la figure 2. La partie supérieure 30 de la figure 2 représente une décomposition fonctionnelle du véhicule réel tel que décrit à la figure 1 , dans laquelle sont identifiées des unités dynamiques exerçant des forces les unes sur les autres, à savoir : le moteur 2, le double embrayage 6 recevant un couple moteur Cm depuis le moteur 2, la boîte de vitesses 5 recevant deux couples d'entrée Ce1 et Ce2 respectivement depuis chaque embrayage du double embrayage 6, et le véhicule 1 dans son ensemble recevant d'une part un couple transmis Ctr depuis la boîte de vitesses 5 et un couple résistant global Cr représentant la résistance au roulement exercée par la chaussée sur les roues 13.

La partie inférieure 31 de la figure 2 représente une décomposition fonctionnelle du dispositif de mesure. Ce dispositif comporte deux estimateurs à entrée inconnue 32a et 32b, indépendants l'un de l'autre et fonctionnant en parallèle, chacun basé sur le modèle physique de la figure 4. Dans le premier estimateur 32a dédié à l'arbre primaire 4a, il entre la mesure de la vitesse angulaire Wpa de l'arbre primaire 4a fournie par le capteur 22a et la mesure de la vitesse angulaire Wv en sortie de la boîte de vitesse 5, qui est mesurée soit sur l'arbre secondaire 7a par le capteur 23a, soit sur les roues par moyennage des valeurs fournies par les capteurs 24, soit encore sur l'arbre d'entrée du différentiel par le capteur 26. Une meilleure robustesse de l'estimation est obtenue en utilisant un capteur situé le plus près possible de la boîte de vitesse, de sorte que l'utilisation des capteurs de vitesse des roues 24 n'est pas préférée. L'estimateur 32a construit une estimation du couple Ce1 transmis par l'embrayage 6 sur l'arbre primaire 4a, notée€.-,.

Dans le second estimateur 32b dédié à l'arbre primaire 4b, il entre la mesure de la vitesse angulaire Wpb de l'arbre primaire 4b fournie par le capteur 22b et la mesure de la vitesse angulaire Wv en sortie de la boîte de vitesse 5, qui est mesurée soit sur l'arbre secondaire 7b par le capteur 23b, soit sur les roues par moyennage des valeurs fournies par les capteurs 24, soit encore sur l'arbre d'entrée du différentiel par le capteur 26. L'estimateur 32b construit une estimation du couple

Ce2 transmis par l'embrayage 6 sur l'arbre primaire 4b, notée€ _s2 . Un troisième estimateur à entrée inconnue 34, basé sur un modèle physique constitué de l'inertie du moteur 2, permet de construire une estimation du couple moteur Cm, notée C _m . L'estimateur 34 intègre la différence entre le couple moteur Cm et la somme des couples d'embrayage estimés C _e i et C _e 2 pour déduire la vitesse moteur Wm. Il reçoit en entrée la mesure du régime moteur Wm fournie par le capteur 21 et les couples estimés C _sl . et C _sS . fournis par les deux autres estimateurs 32a et 32b.

En référence à la figure 3, on expose quelques principes de fonctionnement généraux d'un estimateur à entrée inconnue servant à estimer l'état X d'un système∑.

L'état X est un vecteur constitué de plusieurs variables d'état, dont certaines sont mesurées et d'autres ne sont pas mesurées. La matrice d'observation C extrait les variables d'état mesurées, c'est-à-dire que l'état mesuré Y=CX est le vecteur d'état réduit aux variables d'état effectivement mesurées dans le système réel ∑. Le système réagit à une sollicitation extérieure Bu représentée par un vecteur d'excitation u comportant une ou plusieurs variables d'excitation multiplié par une matrice de gain B.

Parallèlement à ce système réel muni de capteurs de mesure, un modèle numérique est mis en œuvre pour estimer l'état complet du système, et donc notamment les variables d'état qui ne sont pas mesurées. On note X l'état estimé à partir du modèle. On applique la même matrice d'observation C à l'état estimé X et on calcule la différence entre l'état mesuré Y et l'état estimé de sortie Y = C,X. A partir de cette différence et d'un gain K, on calcule un paramètre d'erreur ε = Κ.{¥ - ¥) qui est réinjecté dans le modèle pour faire converger l'état estimé vers l'état réel.

En pratique une hypothèse est posée que le système réel∑ est conforme à un modèle physique possédant une évolution linéaire pouvant être caractérisée par un matrice d'évolution A, de sorte que l'état X satisfait : où i ^r désigne la dérivée temporelle de X.

Le modèle numérique est donc basé sur le système d'équations différentielles :

(È = ÂX + Bu +K. (Y - Y)

l Y = e x Ces équations peuvent être résolues sous réserve de remplir une condition d'observabilité, connue de l'homme du métier des observateurs à entrée inconnue. Il faut déterminer la matrice de gain K de l'observateur telle que la matrice (A - KC) soit une matrice stable. Ce calcul s'effectue en imposant un polynôme caractéristique de la matrice (A - KC) , notéP _but ( ), et en résolvant l'équation P _but (h) = P _A _ _KC (λ). Selon la structure de la matrice d'observation C , certains éléments de la matrice de gain K sont inutiles. En effet, si la matrice d'observation C comporte des zéros, le placement de pôles ne dépend que d'une partie des gains

La figure 4 représente schématiquement le modèle physique utilisé pour représenter une demi-boîte de vitesse dans chacun des estimateurs 32a et 32b. Ce modèle comporte :

- une masse tournante caractérisée par un moment d'inertie Jp et représentant l'inertie globale des masses tournantes de la demi-boîte (arbre primaire, arbre secondaire, pignons et synchroniseurs),

- un réducteur caractérisé par un rapport de réduction q et représentant le rapport de la vitesse de l'arbre secondaire sur la vitesse de l'arbre primaire,

- un ressort de torsion caractérisé par un coefficient de raideur de torsion kt, représentant la raideur de torsion globale des masses tournantes de la demi- boîte (arbre primaire, arbre secondaire, pignons et synchroniseurs),

- un amortisseur visqueux caractérisé par un coefficient d'amortissement visqueux en torsion It, représentant l'amortissement visqueux de torsion des masses tournantes de la demi-boîte (dissipation interne), et - optionnellement, un frottement visqueux caractérisé par un coefficient de frottement fp, représentant les frottements extérieurs exercés sur les masses tournantes de la demi-boîte (dissipation externe).

Ce modèle physique satisfait l'équation dynamique suivante : J _p - W _p = C _e - f _p - W _p - q.k _t \ (q.W _p - W _v )Jt - q.l _t (q.W _p - W _v )

Pour résoudre cette équation, il est possible de faire différentes hypothèses simplificatrices quant à l'évolution dynamique de certaines variables, notamment la variable de couple estimée C _e , par exemple en imposant la nullité d'une dérivée temporelle d'une variable au premier ordre, au deuxième ordre ou à un ordre quelconque, ou en imposant à une variable une équation d'évolution prédéfinie, par exemple exponentielle ou linéaire.

On va maintenant décrire plusieurs modes de réalisation d'estimateurs basés sur ce modèle physique, qui conviennent pour réaliser l'estimateur 32a ou 32b. Un premier mode de réalisation est représenté sur les figures 5 et 6. La figure 5 est une représentation des opérations mathématiques utilisées et la figure 6 fournit la définition des variables et des paramètres impliqués dans ces opérations mathématiques. Lorsqu'aucune opération n'est explicitée, une multiplication est sous-entendue. Par convention, la multiplication par le paramètre l/p désigne une intégration temporelle. De la même manière, la multiplication par le paramètre p désigne une dérivation temporelle par convention. En effet, en effectuant une transformée de Laplace, l'intégration temporelle et la dérivation temporelle peuvent être mises en œuvre par des multiplications. Toutefois, il existe d'autres méthodes numériques possibles pour calculer l'intégration temporelle et la dérivation temporelle.

Le paramètre de gain kn peut être fixé selon les principes indiqués ci- dessus pour obtenir une matrice stable.

Dans ce premier mode de réalisation, la seule variable mesurée est la vitesse angulaire Wp de l'arbre primaire. Les variables d'état sont la vitesse angulaire Wp, sa dérivée temporelle au premier ordre, et les dérivées temporelles du couple d'entrée C _e au premier ordre et au deuxième ordre. La dérivée temporelle du couple d'entrée C _e au troisième ordre est nulle par construction. Le vecteur d'excitation u comprend la vitesse angulaire de sortie Wv et sa dérivée par rapport au temps. On constate donc que le couple d'entrée estimé C _e est finalement obtenu comme la troisième composante du vecteur d'état X _ob intégré dans le temps.

Cette valeur de couple C _e ne dépend alors ni de la connaissance de l'information couple moteur à l'instant t, ni de la valeur actuelle de la masse du véhicule, ni de la charge du véhicule. La précision de la valeur dépend de l'exactitude du paramètre de raideur kt. Ce paramètre peut être ajusté au cours du temps comme il sera décrit plus bas.

En variante, d'autres évolutions dynamiques du couple d'entrée C _e pourraient être imposées, par exemple la nullité de sa dérivée temporelle à un ordre plus élevé ou plus faible.

Un deuxième mode de réalisation est représenté sur la figure 7 où les mêmes conventions de représentation sont utilisées. Dans ce cas, le vecteur d'état X reconstruit par l'estimateur comprend la vitesse angulaire de l'arbre primaire Wp, la vitesse angulaire de sortie Wv et le couple d'entrée C _e , qui constitue l'entrée inconnue. Les variables mesurées sont la vitesse angulaire Wp de l'arbre primaire et la vitesse angulaire de sortie Wv.

Une évolution dynamique est imposée à la vitesse angulaire de sortie Wv, telle que :

On note a _c l'angle de déformée du ressort de torsion, dont la dérivée est mesurée à partir de la vitesse primaire Wp, de la vitesse de sortie Wv et du rapport de réduction q par : t = q Wp - Wv Cet estimateur repose sur l'hypothèse que le couple d'entrée C _e est lentement variable dans le temps, de sorte que sa dérivée temporelle au premier ordre est nulle par construction.

Les paramètres de gain k ₂ i et k ₂ 4 peuvent être fixés selon les principes indiqués ci-dessus pour obtenir une matrice stable. Un troisième mode de réalisation est représenté sur la figure 8 où les mêmes conventions de représentation sont utilisées. Le vecteur d'état comprend la vitesse angulaire de l'arbre primaire Wp, le couple embrayage moins le couple prélevé par le ressort de torsion, ainsi que la dérivée de cette quantité par rapport au temps. Le couple prélevé par le ressort de torsion est égal à la raideur kt que multiplie l'angle de déformée du ressort de torsion _s et multiplié par la valeur du rapport de boîte de vitesse engagé, à savoir le rapport de réduction q.

Le vecteur d'excitation u est constitué de à _s = q Wp - Wv.

Le paramètre de gain k ₃₁ peut être fixé selon les principes indiqués ci- dessus pour obtenir une matrice stable.

Pour obtenir finalement le couple embrayage C _e , on part de la deuxième composante du vecteur d'état X à laquelle on ajoute le couple prélevé par le ressort de torsion, qui est calculé à partir des vitesses angulaires mesurées Wp et Wv.

Dans tous les cas, on obtient une estimation du couple Ce transmis par l'embrayage à l'arbre d'entrée sans faire appel à l'information de couple moteur fournie par le contrôleur moteur 17. Cette estimation peut être utilisée pour déterminer une valeur du couple moteur C _m précise dans les phases dynamiques lorsque le contrôleur moteur 17 ne permet pas d'estimer avec précision cette information. Un mode de réalisation de l'estimateur 34 va maintenant être décrit pour cela.

Le modèle numérique utilisé pour l'estimation du couple moteur C _m est défini par l'équation de dynamique :

J = C _m — f _m ^■ co _m — C _ei — C _¾ avec :

- J : moment d'inertie du moteur ω _Μ : vitesse angulaire du moteur f _m : coefficient de frottement visqueux appliqué sur l'arbre moteur C et : les couples transmis par les embrayages 1 et 2, qui sont estimés par les estimateurs de couple décrits plus haut.

La représentation d'état du modèle est comme suit :

J f m

J. hJ- J, J, J,

c

Afin d'estimer le couple moteur, il faut l'intégrer dans l'état. Pour se faire, pose C _m = 0 ; le modèle devient alors :

co,

y CX = [l 0 0] · c,

c.

L'observabilité de ce modèle se vérifie avec le critère de Kalman :

Le système est donc observable. On peut alors estimer le couple moteur en tant que deuxième composante de l'état X, en faisant converger la variable de sortie c„ avec la mesure de la vitesse moteur.

On note toutefois que la valeur de couple C _m donnée par le calculateur moteur 17 est généralement correcte dans les phases à régime stabilisé, notamment quand un seul embrayage transmet un couple (rapport de boîte de vitesse engagé et stable). Dans ces conditions, il est réciproquement possible d'utiliser cette estimation correcte du couple moteur C _m pour ajuster les estimateurs 32a et 32b servant à reconstruire les couples C _e i et C _e2 des embrayages, et notamment les valeurs numériques des paramètres de ces estimateurs, tels que la raideur de torsion kt. Pour ajuster que la raideur de torsion kt d'un estimateur 32a ou 32b, on reconstruit le couple moteur avec l'estimateur 34 comme indiqué ci-dessus, dans une phase à régime stabilisé à un moment où seul l'embrayage correspondant à cette estimateur transmet un couple et l'autre couple d'embrayage est nul, et on compare cette estimation avec la valeur donnée par le calculateur moteur 17 dans les mêmes conditions. L'écart permet de corriger la raideur de torsion kt ou d'autres paramètres du modèle physique employé.

En référence à la figure 9, on va maintenant décrire un système de commande d'un embrayage dans lequel un estimateur de couple tel que décrit ci- dessus peut être employé.

Le système de commande représenté sur la figure 9 est constitué de trois modules fonctionnels principaux : un module d'estimation du couple 40, un module de correction du couple 41 et un module d'apprentissage de la caractéristique de couple 42.

Le module d'estimation du couple 132 calcule en temps réel le couple transmis par l'embrayage ainsi que la capacité de couple 43 à partir :

des informations dynamiques 44 du moteur thermique et/ou de la machine électrique d'une chaîne de traction hybride, telles que la vitesse moteur, et le couple moteur,

des informations dynamiques 45 du véhicule telles que la vitesse de l'arbre primaire, le rapport de transmission engagé et la vitesse du véhicule, des informations de position 46 des actionneurs d'embrayage, et des courbes caractéristiques apprises 47 représentant le couple transmis en fonction de la position de l'embrayage.

Le module de correction de couple 41 calcule les consignes de position 48 à appliquer à l'actionneur d'embrayage 19 de façon à atteindre en temps réel la consigne de couple 49 demandée par le contrôleur de transmission 18 sur l'embrayage concerné. Ces consignes sont calculées en fonction de l'estimation de la capacité de couple actuelle 43 et de la courbe caractéristique 50 représentant la position de l'embrayage en fonction du couple à transmettre. Cette correction de couple permet d'ajuster rapidement en temps réel le couple transitant dans l'embrayage face aux variations rapide engendrées par la modification du coefficient de frottement de l'embrayage sous l'effet de la température et de compenser ainsi l'écart entre la courbe apprise 47 et la réalité à un instant donné. Le module d'apprentissage des caractéristiques de couple d'embrayage 42 identifie et met à jour les paramètres des courbes 47 et 50 à chaque opération d'embrayage afin de suivre les phénomènes lents tels que l'usure et les dispersions de fabrication. Cette mise à jour est effectuée à partir des informations de capacité de couple estimée de l'embrayage 43 et de la position mesurée de l'actionneur d'embrayage 19.

D'autres caractéristiques d'un tel système de commande sont fournies dans la publication FR-A-2863327.

Les méthodes d'estimation de couple décrites ci-dessus en référence à un double embrayage et à un moteur thermique s'appliquent aussi à d'autres systèmes de transmission, notamment à simple embrayage, à moteur électrique et à motorisation hybride thermique et électrique.

Certains des éléments représentés, notamment les estimateurs de couple, les contrôleurs et les unités de commande, peuvent être réalisés sous différentes formes, de manière unitaire ou distribuée, au moyen de composants matériels et/ou logiciels. Des composants matériels utilisables sont les circuits intégrés spécifiques ASIC, les réseaux logiques programmables FPGA ou les microprocesseurs. Des composants logiciels peuvent être écrits dans différents langages de programmation interprétés ou compilés, par exemple C, C++, Java ou VHDL. Cette liste n'est pas exhaustive.

Lorsque l'estimation dépend d'un paramètre pouvant prendre plusieurs valeurs, notamment les rapports de réduction q de la boite de vitesse, il est possible de mettre en œuvre plusieurs calculateurs fonctionnant parallèlement chacun avec une valeur distincte du paramètre, ce qui permet de sélectionner très rapidement l'estimation pertinente à tout instant en sélectionnant le résultat fourni par le calculateur qui correspond à la valeur réelle du paramètre à l'instant concerné.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

L'usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.

Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.