EP3259163A1 - Procédé et dispositif de contrôle de l'utilisation de machines motrices d'un véhicule hybride en complément du moteur thermique, en fonction de leurs rendements - Google Patents

Procédé et dispositif de contrôle de l'utilisation de machines motrices d'un véhicule hybride en complément du moteur thermique, en fonction de leurs rendements

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EP3259163A1
EP3259163A1 EP16703575.7A EP16703575A EP3259163A1 EP 3259163 A1 EP3259163 A1 EP 3259163A1 EP 16703575 A EP16703575 A EP 16703575A EP 3259163 A1 EP3259163 A1 EP 3259163A1
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EP
European Patent Office
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torque
mmj
produced
vehicle
engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16703575.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Alexandre BLANCHET
Yohan MILHAU
Cedric Launay
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to hybrid vehicles having a power train comprising a heat engine and at least two engines, and more specifically the control of the use of engines in addition to the engine in such hybrid vehicles.
  • driving machine means a non-thermal machine arranged to provide torque to move a vehicle, either alone or in addition to a heat engine. It may for example be an electric machine (or motor), a hydraulic machine, a pneumatic machine (or compressed air), or a flywheel.
  • the aforementioned hybrid vehicles and in particular those of the automotive type, generally offer at least three different modes of running.
  • a first mode called “thermal” only the engine is used to move the vehicle.
  • a second mode called “Zero Emission Vehicle” (or ZEV)
  • ZEV Zero Emission Vehicle
  • a third mode called “hybrid” at least one of the engines is used in addition to the engine to move the vehicle.
  • This third mode is generally intended to minimize fuel consumption or increase power (“boost” mode) or to increase the number of driving wheels to improve handling.
  • the prime mover that is used generally depends on the desired objective (minimizing fuel consumption or increasing power or improving road handling or driving pleasure (depending on the mode of operation).
  • coupling of the engines clutch / clutch compared to a direct catch on the engine involving the rotation of the engine even off, which is a generator of acoustic and vibratory disturbances).
  • This is the result of programming decided by the vehicle manufacturer following studies, tests and simulations.
  • this mode of operation by programming must take into account the operating points imposed by the driver (speed and load) and adapt accordingly to be continuously optimal.
  • the invention is therefore particularly intended to improve the situation.
  • At least a portion of the torque produced by the prime mover providing the best performance determined in addition to the maximum torque produced by the engine is used to obtain the required torque.
  • the engine that offers the best performance optimizes the performance of the vehicle while controlling its fuel consumption.
  • the method according to the invention may comprise other characteristics that can be taken separately or in combination, and in particular:
  • each efficiency can be determined as a function of known technical characteristics of the driving machine in question and of an energy that can be used by this prime mover at the given moment to produce torque;
  • the driver's will to act can be defined by a depression level of a vehicle accelerator pedal and / or a level of depression of a vehicle brake pedal, or by the activation of a system for automatic regulation or servocontrol of the speed of the vehicle. This willingness to act of the driver can be interpreted in torque-meter on the primary shaft of the torque producing member concerned or torque-meter wheel.
  • the invention also proposes a device for controlling the use of the torques produced by a heat engine, coupled to a gearbox, and at least two engines of a powertrain of a hybrid vehicle, according to a torque required according to a willingness to act of a driver of the vehicle.
  • the invention also proposes a hybrid vehicle, possibly of automobile type, and comprising, on the one hand, a power train comprising a heat engine, coupled to a gearbox, and at least two engines, and, on the other hand, a control device of the type of that presented. above.
  • each driving machine can be selected from (at least) an electric motor, a hydraulic machine, a pneumatic machine and a flywheel.
  • FIG. 1 diagrammatically and functionally illustrates a hybrid vehicle comprising a transmission chain and a supervision computer equipped with a control device according to the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates from top to bottom a first example of a time evolution diagram of the required torque (c1) within a hybrid vehicle, a second example of a time evolution diagram of the speed (c2) of the hybrid vehicle, a third example of a thermal engine torque (c3) torque setpoint evolution time diagram and an additional torque setpoint (c4) within the hybrid vehicle, a fourth example of a time evolution diagram of the yields ( ⁇ ) ) of the first (c5) and second (c6) engines of the hybrid vehicle, and a fifth example of time evolution diagram of the pairs produced by the first (c7) and second (c8) engines of the hybrid vehicle to ensure the torque additional (c4).
  • the object of the invention is in particular to propose a control method, and the associated DC control device, intended to allow the control of the use of the torques produced by a heat engine MT and at least two MMJ engines of a group. powertrain of a hybrid vehicle V.
  • the hybrid vehicle V is automotive type. This is for example a car. But the invention is not limited to this type of hybrid vehicle. It relates to indeed any type of hybrid terrestrial or maritime (or fluvial) or aeronautical, comprising a powertrain comprising a thermal engine MT and at least two engines MMJ engines.
  • driving machine means a non-thermal machine arranged to provide torque to move a vehicle, either alone or in addition to a heat engine.
  • the term "heat engine” is understood to mean an engine that consumes fuel or chemicals. Therefore, in the aeronautical field it may in particular be a reactor, a turbojet engine or a chemical engine.
  • the motor machines MMj are of the electric type. But the invention is not limited to this type of driving machine. Thus, it also relates to hydraulic machines (or motors), machines (or engines) pneumatic (or compressed air), and flywheels. Moreover, it will be noted that the motor machines MMj may be of different types.
  • FIG. 1 shows schematically a hybrid vehicle V comprising a transmission chain (with powertrain), a supervision computer CS capable of supervising (or managing) the operation of the transmission chain, and a DC control device according to the invention.
  • the power train comprises a heat engine MT, an engine shaft AM, an EM clutch, a gearbox BV, a first transmission shaft AT1, at least two engines MMJ (here electric motors), a coupling / decoupling means MC for one of the motors MMj, a second transmission shaft AT2, and first energy storage means (here electric) MS1.
  • low voltage type MS1 electric
  • the powertrain could include more than two engines.
  • first MM1 and second MM2 engines are preferably coupled to the first energy storage means MS1 via a DC / DC type UPS, as illustrated in FIG.
  • the first transmission shaft AT1 is responsible for rotating the wheels of the vehicle V TV front axle (preferably via a front differential DV), while the second transmission shaft AT2 is responsible for driving in rotation.
  • the wheels of the rear axle TR of the vehicle V preferably via a rear differential DR.
  • the opposite is also possible.
  • the thermal engine MT comprises a crankshaft (not shown) which is fixedly attached to the motor shaft AM to drive the latter (AM) in rotation.
  • the gearbox BV comprises at least one input shaft (or primary) intended to receive the first torque produced by the heat engine MT via the clutch EM, and an output shaft intended to receive this first torque via the shaft AE input to communicate it to the first transmission shaft AT1 to which it is coupled and which is (here) indirectly coupled to the front wheels of the vehicle V via the front differential DV.
  • the clutch EM comprises a flywheel fixedly secured to the drive shaft AM and a clutch disc fixedly secured to the input shaft of the gearbox BV.
  • the gearbox BV can be automated or not. Therefore, it may for example be an automatic transmission, a manual gearbox controlled or not, or a double clutch gearbox (or DCT).
  • the thermal engine MT can produce a first torque which is between a minimum torque and a maximum torque C3M 3 and which can be determined by the DC control device according to the invention.
  • the coupling / decoupling means MC here is responsible for coupling / decoupling the first driving machine MM1 to / from the second transmission shaft AT2, on the order of the supervision computer CS, in order to communicate the second pair c7 that it produces, thanks to stored energy in the first storage means MS1, to the second transmission shaft AT2 which is indirectly coupled to the rear wheels (here) of the vehicle V via the rear differential DR.
  • This coupling / decoupling means MC is for example a jaw mechanism or a clutch.
  • the second motor machine MM2 is coupled to the heat engine MT.
  • This is, for example, an alternator-starter responsible for starting the engine MT to allow it to start, including in the presence of a control system stop and automatic restart (or "stop and start "), and to produce a third pair c8 intended to be transmitted to the first transmission shaft AT1 via the clutch EM and the gearbox BV.
  • This production of the third pair c8 is done thanks to the energy stored in the first storage means MS1.
  • the transmission chain also comprises a DS backup starter responsible for launching the engine MT to enable it to start when the second engine MM2 is in the inability to do so, for example because the MS1 power storage means do not have enough electrical energy.
  • This emergency starter DS which is not mandatory, is here coupled to second storage means MS2 of very low voltage type (for example 12 V or 24 V), via a DC converter type DC / DC.
  • the latter (CV) can also be coupled, as illustrated, to the ON inverter and the first electrical energy storage means MS1.
  • the second storage means MS2 are arranged in the form of a battery.
  • the operations of the thermal engine MT, the first MM1 and second MM2 engines, and MC coupling / decoupling means can be controlled by the supervision computer CS.
  • the latter (CS) is particularly capable of operating the hybrid vehicle V in at least three different modes of running. In a first mode called “thermal” only the thermal engine MT is used to move the vehicle (hybrid) V. In a second mode called “Zero Emission Vehicle” (or ZEV)) at least one of the engines MMJ is used to move the vehicle V. In a third mode called “hybrid” at least one MMj is used in addition to the MT heat engine to move the vehicle V.
  • the invention proposes to implement in the vehicle V a method for controlling the use of couples c3, c7 and c8 respectively produced by the thermal engine MT and at least the first MM1 and second MM2 engines of the hybrid vehicle V.
  • the control device DC forms part of the supervision computer CS. But this is not obligatory.
  • This (control) device DC could indeed be an equipment that is coupled to the supervision computer CS, directly or indirectly. Therefore, the DC control device can be realized in the form of software modules (or computer or "software”), or a combination of electronic circuits (or “hardware”) and software modules.
  • the control method comprises a step which is initiated when the torque which is delivered at the output of the gearbox BV, and which results from the maximum torque c3 my x produced by the heat engine MT, is lower than torque d which is required by the supervision computer CS at a given moment.
  • this step starts when, on the one hand, the vehicle V is in its thermal rolling mode, and, on the other hand, the first torque produced by its heat engine MT is maximum (c3 my x) and is not enough to get the required torque d.
  • This required torque d is determined by the supervision computer CS based on at least the will of the driver of the vehicle V acting. This will to act is for example defined at least by the level of depression of the pedal. accelerator of the vehicle V and / or the depression level of the brake pedal of the vehicle V, or by the activation of an automatic regulation system or servo-control of the speed of the vehicle V. This will to act of the driver may be interpreted in torque-meter on the primary shaft of the torque-producing member concerned or torque-meter to the wheel.
  • this required pair d can be also determined according to at least one other information relating to the vehicle V (and its state), such as the current speed of the vehicle V, the current inclination of the vehicle V (due to the slope of the track on which it moves), or a constraint of use of a prime mover MMj (such as for example a limit temperature of use) and / or of the thermal engine MT.
  • a prime mover MMj such as for example a limit temperature of use
  • the (control) device DC begins by determining the yields nj offered by the engines MMJ at this given moment. Then, at least a portion of the torque that is produced by the prime mover MMj providing the best determined efficiencies nj, in addition to the maximum torque c3 max produced by the thermal engine MT, is used to obtain the required torque d. This use is ordered by the DC device and controlled by the supervision computer CS.
  • the vehicle V moves from its thermal taxiing mode to its hybrid taxiing mode in which it uses its heat engine MT and its engine MMj which, at the moment considered, offers the best of yields nj. This optimizes the performance of the vehicle V while controlling its fuel consumption.
  • each yield nj can be determined according to known technical characteristics of the motive machine MMj considered and the energy that can be used at the given moment this power machine MMj to produce torque.
  • the efficiency of an engine is represented (by simulation or tests) mainly by its operating point in the rpm / torque field. This performance depends on the physical characteristic of the torque producing member (the technology used and its manufacture). Performance represents the performance level of any energy transformation. During an energy transformation, irreversible thermodynamic exchanges take place. These irreversibilities are called "losses”.
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates, on the five diagrams, an example of time evolution of various parameters of the vehicle V during a rolling phase.
  • the first diagram at the top illustrates a curve of evolution time of the required torque d within the vehicle V.
  • the second diagram placed just after the first diagram, illustrates a time evolution curve of the speed c2 of the vehicle V, resulting from the control of the torques of the thermal engine MT (c3) and MMJ motor machines (c7 and c8) made by means of the DC device.
  • the fourth diagram placed just after the third diagram, illustrates curves c5 and c6 of time evolution of the efficiencies ⁇ 1 and ⁇ 2 respectively of the first MM1 and second MM2 engines of the vehicle V.
  • the fifth and last diagram placed just after the fourth diagram, illustrates time evolution curves of the pairs c7 and c8 respectively produced by the first MM1 and second MM2 engines of the vehicle V.
  • the torque c3 produced by the heat engine MT is sufficient to obtain the required torque d which is increasing.
  • the vehicle V is in its mode of thermal rolling.
  • the torque c3 produced by the thermal engine MT is insufficient to obtain the required torque d, and therefore we need an additional torque (defined by an additional torque setpoint c4 ).
  • an additional torque setpoint c4 For example, between t1 and t2, it is determined that the first prime mover MM1 is the one with the best efficiency ⁇ 1 (see curve c5 which is temporarily above curve c6).
  • the additional c4 torque setpoint then defines the c7 torque to be produced by the first prime mover MM1 with the energy stored in the first storage means MS1, to complete the maximum torque c3 max produced by the heat engine MT and allow the obtaining the required torque d.
  • the vehicle V is now in its hybrid driving mode.
  • the required torque d continues to grow, the thermal engine MT and the second motor machine MM2 can not produce enough torque together to obtain it. This results from the fact that the torque produced by the second prime mover MM2 has reached its maximum value c8 my x-
  • the device DC then orders the production of additional torque by the first prime mover MM1.
  • the additional torque setpoint c4 then defines the sum of the pairs c7 and c8 respectively produced by the first MM1 and second MM2 engines.
  • the vehicle V is still in its hybrid driving mode.
  • the invention offers several advantages, among which:

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Abstract

Un dispositif (DC) est destiné à contrôler l'utilisation des couples produits par un moteur thermique (MT), couplé à une boîte de vitesses (BV), et au moins deux machines motrices (MM1-MM2) d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride (V), en fonction d'un couple requis fonction de la volonté d'agir du conducteur. Ce dispositif (DC) est agencé, lorsque le couple délivré en sortie de la boîte de vitesses (BV) et résultant d'un couple maximal produit par le moteur thermique (MT) est inférieur au couple requis à un instant donné, pour déterminer des rendements offerts par les machines motrices (MM1-MM2) à cet instant donné, puis pour ordonner l'utilisation d'au moins une partie du couple produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés en complément du couple maximal produit par le moteur thermique (MT) pour obtenir le couple requis.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE L'UTILISATION DE MACHINES MOTRICES D'UN VÉHICULE HYBRIDE EN COMPLÉMENT DU MOTEUR THERMIQUE, EN FONCTION DE LEURS RENDEMENTS
L'invention concerne les véhicules hybrides ayant un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique et au moins deux machines motrices, et plus précisément le contrôle de l'utilisation des machines motrices en complément du moteur thermique au sein de tels véhicules hybrides.
On entend ici par « machine motrice » une machine non-thermique agencée de manière à fournir du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d'un moteur thermique. Il pourra par exemple s'agir d'une machine (ou moteur) électrique, d'une machine hydraulique, d'une machine pneumatique (ou à air comprimé), ou d'un volant d'inertie.
Les véhicules hybrides précités, et notamment ceux de type automobile, offrent généralement au moins trois modes de roulage différents. Dans un premier mode dit « thermique » seul le moteur thermique est utilisé pour déplacer le véhicule. Dans un deuxième mode dit « Zéro Emission Véhicule » (ou ZEV)) seule l'une au moins des machines motrices non- thermiques est utilisée pour déplacer le véhicule. Dans un troisième mode dit « hybride » au moins l'une des machines motrices est utilisée en complément du moteur thermique pour déplacer le véhicule. Ce troisième mode est généralement destiné à minimiser la consommation de carburant ou à augmenter la puissance (mode « boost ») ou encore à augmenter le nombre de roues motrices pour améliorer la tenue de route.
Lorsque le véhicule roule dans le troisième mode, la machine motrice qui est utilisée dépend généralement de l'objectif recherché (minimisation de la consommation de carburant ou augmentation de la puissance ou amélioration de la tenue de route ou agrément de conduite (selon le mode de couplage des machines motrices : crabot/embrayage par rapport à une prise directe sur le moteur thermique impliquant la rotation du moteur thermique même éteint, ce qui est générateur de perturbations acoustiques et vibratoires). Cela résulte d'une programmation décidée par le constructeur du véhicule suite à des études, essais et simulations. Or, ce mode de fonctionnement par programmation doit tenir compte des points de fonctionnement imposés par le conducteur (en vitesse et en charge) et s'adapter en conséquence pour être continuellement optimal.
L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation.
Elle propose notamment un procédé destiné à contrôler l'utilisation des couples produits par un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur du véhicule.
Ce procédé se caractérise par le fait qu'il comprend une étape dans laquelle :
- on détermine, lorsque le couple délivré en sortie de la boîte de vitesses et résultant d'un couple maximal produit par le moteur thermique est inférieur au couple requis à un instant donné, des rendements offerts par les machines motrices à cet instant donné, puis
- on utilise au moins une partie du couple produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés en complément du couple maximal produit par le moteur thermique, pour obtenir le couple requis.
En utilisant dans le mode hybride la machine motrice qui offre le meilleur des rendements, on optimise les performances du véhicule tout en maîtrisant sa consommation de carburant.
Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- on peut déterminer chaque rendement en fonction de caractéristiques techniques connues de la machine motrice considérée et d'une énergie que peut utiliser cette machine motrice à l'instant donné pour produire du couple ;
- lorsque la somme du couple maximal produit par le moteur thermique et d'un couple maximal produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés est inférieure au couple requis, on peut utiliser en complément une partie au moins du couple produit par la machine motrice qui n'offre pas le meilleur des rendements déterminés (à l'instant considéré) ;
- lorsque le rendement déterminé de la machine motrice utilisée en complément du moteur thermique devient inférieur au rendement déterminé d'une autre machine motrice, on peut utiliser une partie au moins du couple produit par cette autre machine motrice en remplacement de celui produit par la machine motrice jusqu'alors utilisée et en complément du couple maximal produit par le moteur thermique ;
- la volonté d'agir du conducteur peut être définie par un niveau d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur du véhicule et/ou un niveau d'enfoncement d'une pédale de frein du véhicule, ou encore par l'activation d'un système de régulation automatique ou d'asservissement de la vitesse du véhicule. Cette volonté d'agir du conducteur pourra être interprétée en couple-mètre sur l'arbre primaire de l'organe producteur de couple concerné ou en couple-mètre à la roue.
L'invention propose également un dispositif destiné à contrôler l'utilisation des couples produits par un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur du véhicule.
Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il est agencé, lorsque le couple délivré en sortie de la boîte de vitesses et résultant d'un couple maximal produit par le moteur thermique est inférieur au couple requis à un instant donné :
- pour déterminer des rendements offerts par les machines motrices à cet instant donné, puis
- pour ordonner l'utilisation d'au moins une partie du couple produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés en complément du couple maximal produit par le moteur thermique, pour obtenir le couple requis.
L'invention propose également un véhicule hybride, éventuellement de type automobile, et comprenant, d'une part, un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices, et, d'autre part, un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant.
Par exemple, chaque machine motrice peut être choisie parmi (au moins) un moteur électrique, une machine hydraulique, une machine pneumatique et un volant d'inertie.
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 véhicule hybride comprenant une chaîne de transmission et un calculateur de supervision équipé d'un dispositif de contrôle selon l'invention, et
- la figure 2 illustre schématiquement du haut vers le bas un premier exemple de diagramme d'évolution temporelle du couple requis (c1 ) au sein d'un véhicule hybride, un deuxième exemple de diagramme d'évolution temporelle de la vitesse (c2) du véhicule hybride, un troisième exemple de diagramme d'évolution temporelle de consigne de couple du moteur thermique (c3) et de consigne de couple additionnel (c4) au sein du véhicule hybride, un quatrième exemple de diagramme d'évolution temporelle des rendements (η) des première (c5) et seconde (c6) machines motrices du véhicule hybride, et un cinquième exemple de diagramme d'évolution temporelle des couples produits par les première (c7) et seconde (c8) machines motrices du véhicule hybride pour assurer le couple additionnel (c4).
L'invention a notamment pour but de proposer un procédé de contrôle, et le dispositif de contrôle DC associé, destinés à permettre le contrôle de l'utilisation des couples produits par un moteur thermique MT et au moins deux machines motrices MMj d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride V.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule hybride V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule hybride. Elle concerne en effet tout type de véhicule hybride terrestre ou maritime (ou fluvial) ou encore aéronautique, comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique MT et au moins deux machines motrices MMj.
Il est rappelé que l'on entend ici par « machine motrice » une machine non-thermique agencée de manière à fournir du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d'un moteur thermique.
Par ailleurs, on entend ici par « moteur thermique » un moteur consommant du carburant ou des produits chimiques. Par conséquent, dans le domaine aéronautique il pourra notamment s'agir d'un réacteur, d'un turboréacteur ou d'un moteur chimique.
On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que les machines motrices MMj sont de type électrique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de machine motrice. Ainsi, elle concerne également et notamment les machines (ou moteurs) hydrauliques, les machines (ou moteurs) pneumatiques (ou à air comprimé), et les volants d'inertie. Par ailleurs, on notera que les machines motrices MMj peuvent être de types différents.
On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule hybride V comprenant une chaîne de transmission (à groupe motopropulseur), un calculateur de supervision CS propre à superviser (ou gérer) le fonctionnement de la chaîne de transmission, et un dispositif de contrôle DC selon l'invention.
Le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique MT, un arbre moteur AM, un embrayage EM, une boite de vitesses BV, un premier arbre de transmission AT1 , au moins deux machines motrices MMj (ici des moteurs électriques), un moyen de couplage/découplage MC pour l'une des machines motrices MMj, un second arbre de transmission AT2, et des premiers moyens de stockage d'énergie (ici électrique) MS1 .
On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple illustratif, que le groupe motopropulseur ne comprend que des première MM1 (j = 1 ) et seconde MM2 (j = 2) machines motrices (ici électriques) couplées à des premiers moyens de stockage d'énergie (électrique) MS1 de type basse tension (par exemple d'environ 220 V). Mais le groupe motopropulseur pourrait comprendre plus de deux machines motrices.
On notera que les première MM1 et seconde MM2 machines motrices sont préférentiellement couplées aux premiers moyens de stockage d'énergie MS1 via un onduleur ON de type DC/DC, comme illustré sur la figure 1 .
Par exemple, le premier arbre de transmission AT1 est chargé d'entraîner en rotation les roues du train avant TV du véhicule V (de préférence via un différentiel avant DV), tandis que le second arbre de transmission AT2 est chargé d'entraîner en rotation les roues du train arrière TR du véhicule V (de préférence via un différentiel arrière DR). Mais l'inverse est également possible.
Le moteur thermique MT comprend un vilebrequin (non représenté) qui est solidarisé fixement à l'arbre moteur AM afin d'entraîner ce dernier (AM) en rotation.
La boîte de vitesses BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou primaire) destiné à recevoir le premier couple produit par le moteur thermique MT via l'embrayage EM, et un arbre de sortie destiné à recevoir ce premier couple via l'arbre d'entrée AE afin de le communiquer au premier arbre de transmission AT1 auquel il est couplé et qui est (ici) couplé indirectement aux roues avant du véhicule V via le différentiel avant DV. Par exemple, l'embrayage EM comprend un volant moteur solidarisé fixement à l'arbre moteur AM et un disque d'embrayage solidarisé fixement à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses BV.
On notera que la boîte de vitesses BV peut être automatisée ou non. Par conséquent, il pourra par exemple s'agir d'une boîte automatique, d'une boîte de vitesses manuelle pilotée ou non, ou d'une boîte de vitesses à double embrayage (ou DCT).
Le moteur thermique MT peut produire un premier couple qui est compris entre un couple minimum et un couple maximum C3M3 et qui peut être déterminé par le dispositif de contrôle DC selon l'invention.
Le moyen de couplage/découplage MC est ici chargé de coupler/ découpler la première machine motrice MM1 au/du second arbre de transmission AT2, sur ordre du calculateur de supervision CS, afin de communiquer le deuxième couple c7 qu'il produit, grâce à l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , au second arbre de transmission AT2 qui est couplé indirectement aux roues (ici) arrière du véhicule V via le différentiel arrière DR. Ce moyen de couplage/découplage MC est par exemple un mécanisme à crabots ou bien un embrayage.
La seconde machine motrice MM2 est couplée au moteur thermique MT. Il s'agit, par exemple, d'un alterno-démarreur chargé de lancer le moteur thermique MT afin de lui permettre de démarrer, y compris en présence d'un système de contrôle d'arrêt et de redémarrage automatique (ou « stop and start »), et de produire un troisième couple c8 destiné à être transmis au premier arbre de transmission AT1 via l'embrayage EM et la boîte de vitesses BV. Cette production de troisième couple c8 se fait grâce à l'énergie qui est stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 .
On notera également que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1 , la chaîne de transmission comprend également un démarreur de secours DS chargé de lancer le moteur thermique MT afin de lui permettre de démarrer lorsque la seconde machine motrice MM2 est dans l'incapacité de le faire, par exemple du fait que les moyens de stockage d'énergie électrique MS1 ne disposent pas de suffisamment d'énergie électrique. Ce démarreur de secours DS, qui n'est pas obligatoire, est ici couplé à des seconds moyens de stockage MS2 de type très basse tension (par exemple 12 V ou 24 V), via un convertisseur CV de type DC/DC. Ce dernier (CV) peut être également couplé, comme illustré, à l'onduleur ON et aux premiers moyens de stockage d'énergie électrique MS1 . Par exemple, les seconds moyens de stockage MS2 sont agencés sous la forme d'une batterie.
Les fonctionnements du moteur thermique MT, des première MM1 et seconde MM2 machines motrices, et des moyens de couplage/découplage MC peuvent être contrôlés par le calculateur de supervision CS. Ce dernier (CS) est notamment capable de faire fonctionner le véhicule hybride V dans au moins trois modes de roulage différents. Dans un premier mode dit « thermique » seul le moteur thermique MT est utilisé pour déplacer le véhicule (hybride) V. Dans un deuxième mode dit « Zéro Emission Véhicule » (ou ZEV)) seule l'une au moins des machines motrices MMj est utilisée pour déplacer le véhicule V. Dans un troisième mode dit « hybride » au moins l'une des machines motrices MMj est utilisée en complément du moteur thermique MT pour déplacer le véhicule V.
Comme indiqué précédemment, l'invention propose de mettre en œuvre dans le véhicule V un procédé destiné à permettre le contrôle de l'utilisation des couples c3, c7 et c8 produits respectivement par le moteur thermique MT et au moins les première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule hybride V.
Un tel procédé peut être mis en œuvre par le dispositif de contrôle DC. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1 , le dispositif de contrôle DC fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n'est pas obligatoire. Ce dispositif (de contrôle) DC pourrait en effet être un équipement qui est couplé au calculateur de supervision CS, directement ou indirectement. Par conséquent, le dispositif de contrôle DC peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.
Le procédé de contrôle, selon l'invention, comprend une étape qui est initiée lorsque le couple qui est délivré en sortie de la boîte de vitesses BV, et qui résulte du couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT, est inférieur au couple d qui est requis par le calculateur de supervision CS à un instant donné. En d'autres termes, cette étape démarre lorsque, d'une part, le véhicule V est dans son mode de roulage thermique, et, d'autre part, le premier couple produit par son moteur thermique MT est maximal (c3max) et n'est pas suffisant pour obtenir le couple requis d .
Ce couple requis d est déterminé par le calculateur de supervision CS en fonction au moins de la volonté d'agir du conducteur du véhicule V. Cette volonté d'agir est par exemple définie au moins par le niveau d'enfoncement de la pédale d'accélérateur du véhicule V et/ou le niveau d'enfoncement de la pédale de frein du véhicule V, ou encore par l'activation d'un système de régulation automatique ou d'asservissement de la vitesse du véhicule V. Cette volonté d'agir du conducteur pourra être interprétée en couple-mètre sur l'arbre primaire de l'organe producteur de couple concerné ou en couple-mètre à la roue. On notera que ce couple requis d peut être également déterminé en fonction d'au moins une autre information relative au véhicule V (et à son état), comme par exemple la vitesse en cours du véhicule V, l'inclinaison en cours du véhicule V (du fait de la pente de la voie de circulation sur laquelle il se déplace), ou une contrainte d'utilisation d'une machine motrice MMj (comme par exemple une température limite d'utilisation) et/ou du moteur thermique MT.
Dès que l'étape est initiée à un instant donné pour les raisons précitées, on (le dispositif (de contrôle) DC) commence par déterminer des rendements nj offerts par les machines motrices MMj à cet instant donné. Puis, on utilise au moins une partie du couple qui est produit par la machine motrice MMj offrant le meilleur des rendements déterminés nj, en complément du couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT, pour obtenir le couple requis d . Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS. Le couple qui est produit par au moins une machine motrice MMj est un couple c4 dit additionnel, et tel que c4 = c1 - c3max.
On comprendra que lorsque l'étape est initiée le véhicule V passe de son mode de roulage thermique à son mode de roulage hybride dans lequel il utilise son moteur thermique MT et sa machine motrice MMj qui, à l'instant considéré, offre le meilleur des rendements nj. Cela permet d'optimiser les performances du véhicule V tout en maîtrisant sa consommation de carburant.
Par exemple, on peut déterminer chaque rendement nj en fonction de caractéristiques techniques connues de la machine motrice MMj considérée et de l'énergie que peut utiliser à l'instant donné cette machine motrice MMj pour produire du couple. Le rendement d'un moteur est représenté (par simulation ou essais) principalement par son point de fonctionnement dans le champ régime/couple. Ce rendement dépend de la caractéristique physique de l'organe producteur de couple considéré (la technologie employée et sa confection). Le rendement représente le niveau de performance de toute transformation d'énergie. Lors d'une transformation d'énergie ont lieu des échanges thermodynamiques irréversibles. Ces irréversibilités sont appelées « pertes ». Afin de caractériser le rendement d'un organe, dans le champ régime/couple, on pourra considérer comme critères les pertes par frottement, les pertes par effet joule (pertes thermiques), mais aussi la température du rotor et/ou du stator et le niveau de charge du stockeur dédié dans le cas d'une machine motrice de type électrique, ou la température du fluide ou du gaz, la pression du gaz et l'état du stockeur dédié dans le cas d'une machine motrice de type hydraulique ou pneumatique, ou la température de l'huile dans le cas d'une machine motrice de type volant d'inertie, ou encore les températures de l'air et de la chambre de combustion et le taux d'oxygène dans l'air dans le cas d'un moteur thermique.
On notera que lorsque la somme du couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT et d'un couple maximal produit par la machine motrice MMj offrant le meilleur des rendements déterminés nj est inférieure au couple requis d , il est particulièrement avantageux d'utiliser en complément une partie au moins du couple qui est produit par la machine motrice MMj' (j'≠ j) qui n'offre pas le meilleur des rendements déterminés nj. Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS. En d'autres termes, si le moteur thermique MT et la machine motrice MMj ayant le meilleur rendement ne suffisent pas à produire ensemble le couple requis d , alors on utilise en complément au moins une autre machine motrice MMj' pour produire un couple complémentaire.
On notera également que lorsque le rendement déterminé nj, de la machine motrice MMj utilisée initialement en complément du moteur thermique MT, devient inférieur au rendement déterminé d'une autre machine motrice MMj' (j'≠ j), il est particulièrement avantageux d'utiliser une partie au moins du couple qui est produit par cette autre machine motrice MMj' en remplacement de celui qui est produit par la machine motrice MMj jusqu'alors utilisée et en complément du couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT. Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS.
On a schématiquement illustré sur les cinq diagrammes de la figure 2 un exemple d'évolution temporelle de différents paramètres du véhicule V pendant une phase de roulage.
Le premier diagramme le plus en haut illustre une courbe d'évolution temporelle du couple requis d au sein du véhicule V. Le deuxième diagramme, placé juste après le premier diagramme, illustre une courbe d'évolution temporelle de la vitesse c2 du véhicule V, résultant du contrôle des couples du moteur thermique MT (c3) et des machines motrices MMj (c7 et c8) réalisés au moyen du dispositif DC. Le troisième diagramme, placé juste après le deuxième diagramme, illustre une courbe d'évolution temporelle de la consigne de couple c3 du moteur thermique MT et une courbe d'évolution temporelle de la consigne de couple additionnel c4 devant compléter c3 (c4 = d - c3max) au sein du véhicule V. Le quatrième diagramme, placé juste après le troisième diagramme, illustre des courbes c5 et c6 d'évolution temporelle des rendements η1 et η 2 respectivement des première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule V. Le cinquième et dernier diagramme, placé juste après le quatrième diagramme, illustre des courbes d'évolution temporelle des couples c7 et c8 produits respectivement par les première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule V.
Entre les instants tO (inclus) et t1 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est suffisant pour obtenir le couple requis d qui est croissant. Le véhicule V est donc dans son mode de roulage thermique.
A l'instant t1 , le couple requis d continuant de croître, le couple c3 produit par le moteur thermique MT atteint sa valeur maximale c3max, et donc l'étape du procédé est initiée.
Entre les instants t1 (inclus) et t2 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est insuffisant pour obtenir le couple requis d , et donc on a besoin d'un couple additionnel (défini par une consigne de couple additionnel c4). Par exemple, entre t1 et t2, on détermine que la première machine motrice MM1 est celle qui offre le meilleur rendement η1 (voir la courbe c5 qui est temporairement au-dessus de la courbe c6). La consigne de couple additionnel c4 définit alors le couple c7 que doit produire la première machine motrice MM1 avec l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , pour compléter le couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT et ainsi permettre l'obtention du couple requis d . Le véhicule V est alors désormais dans son mode de roulage hybride.
Entre les instants t2 (inclus) et t3 (exclus), le couple requis d redevient inférieur au couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT. Par conséquent, la consigne de couple additionnel c4 est nulle et il n'y a plus besoin de demander à la première machine motrice MM1 de produire du couple (les valeurs des courbes c7 et c8 sont donc nulles). Le véhicule V est donc de nouveau dans son mode de roulage thermique.
Entre les instants t3 (inclus) et t4 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est de nouveau insuffisant pour obtenir le couple requis d , et donc on a de nouveau besoin d'un couple additionnel (défini par une consigne de couple additionnel c4). Par exemple, entre t3 et t4, on détermine que la seconde machine motrice MM2 est celle qui offre le meilleur rendement η2 (voir la courbe c6 qui est temporairement au-dessus de la courbe c5). La consigne de couple additionnel c4 définit alors le couple c8 que doit produire la seconde machine motrice MM2 avec l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , pour compléter le couple maximal c3max produit par le moteur thermique MT et ainsi permettre l'obtention du couple requis d . Le véhicule V est alors de nouveau dans son mode de roulage hybride.
A l'instant t4, le couple requis d continuant de croître, le moteur thermique MT et la seconde machine motrice MM2 ne peuvent pas produire ensemble suffisamment de couple pour l'obtenir. Cela résulte ici du fait que le couple produit par la seconde machine motrice MM2 a atteint sa valeur maximale c8max- Le dispositif DC ordonne alors la production de couple additionnel par la première machine motrice MM1 . La consigne de couple additionnel c4 définit alors la somme des couples c7 et c8 produits respectivement par les première MM1 et seconde MM2 machines motrices. Le véhicule V est alors toujours dans son mode de roulage hybride.
L'invention offre plusieurs avantages parmi lesquels :
- elle permet de limiter la fonction de dérivation de puissance (recharge d'énergie par une machine motrice destinée à la fourniture de puissance par une autre machine motrice), ce qui permet d'éviter des pertes électriques inutiles,
- elle permet au véhicule hybride d'offrir des performances optimales en priorisant les dépenses d'énergies hybrides afin de maîtriser la consom mation de carburant, elle permet d'affiner le typage en performance du véhicule hybride entre chaque mode de roulage puisqu 'au moins une machine motrice peut être sollicitée en fonction du mode de roulage sélectionné.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de contrôle de l'utilisation des couples produits par un moteur thermique (MT), couplé à une boîte de vitesses (BV), et au moins deux machines motrices (MMj) d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride (V) en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur dudit véhicule (V), caractérisé en ce qu'il comprend une étape dans laquelle on détermine, lorsque le couple délivré en sortie de ladite boîte de vitesses (BV) et résultant d'un couple maximal produit par ledit moteur thermique (MT) est inférieur au couple requis à un instant donné, des rendements offerts par lesdites machines motrices (MMj) audit instant donné, puis on utilise au moins une partie du couple produit par la machine motrice (MMj) offrant le meilleur desdits rendements déterminés en complément dudit couple maximal produit par le moteur thermique (MT), pour obtenir ledit couple requis.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on détermine chaque rendement en fonction de caractéristiques techniques connues de la machine motrice (MMj) considérée et d'une énergie que peut utiliser audit instant donné cette machine motrice (MMj) pour produire du couple.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lorsque la somme dudit couple maximal produit par le moteur thermique (MT) et d'un couple maximal produit par la machine motrice (MMj) offrant le meilleur desdits rendements déterminés est inférieure audit couple requis, on utilise en complément une partie au moins du couple produit par la machine motrice (MMj') n'offrant pas le meilleur desdits rendements déterminés.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le rendement déterminé de la machine motrice (MMj) utilisée en complément dudit moteur thermique (MT) devient inférieur au rendement déterminé d'une autre machine motrice (MMj'), on utilise une partie au moins du couple produit par cette autre machine motrice (MMj') en remplacement de celui produit par la machine motrice (MMj) jusqu'alors utilisée et en complément du couple maximal produit par ledit moteur thermique (MT).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite volonté d'agir du conducteur est définie par un niveau d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur dudit véhicule (V) et/ou un niveau d'enfoncement d'une pédale de frein dudit véhicule (V) ou par l'activation d'un système de régulation automatique ou d'asservissement de la vitesse dudit véhicule (V).
6. Dispositif (DC) de contrôle de l'utilisation des couples produits par un moteur thermique (MT), couplé à une boîte de vitesses (BV), et au moins deux machines motrices (MMj) d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride (V) en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur dudit véhicule (V), caractérisé en ce qu'il est agencé, lorsque le couple délivré en sortie de ladite boîte de vitesses (BV) et résultant d'un couple maximal produit par ledit moteur thermique (MT) est inférieur au couple requis à un instant donné, pour déterminer des rendements offerts par lesdites machines motrices (MMj) audit instant donné, puis pour ordonner l'utilisation d'au moins une partie du couple produit par la machine motrice (MMj) offrant le meilleur desdits rendements déterminés en complément dudit couple maximal produit par le moteur thermique (MT), pour obtenir ledit couple requis.
7. Véhicule hybride (V) comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique (MT), couplé à une boîte de vitesses (BV), et au moins deux machines motrices (MMj), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC) selon la revendication 6.
8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque machine motrice (MMj) est choisie dans un groupe comprenant un moteur électrique, une machine hydraulique, une machine pneumatique et un volant d'inertie.
9. Véhicule hybride selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.
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