FR2783763A1 - Groupe motopropulseur comportant un moteur thermique regule en couple et en vitesse - Google Patents

Groupe motopropulseur comportant un moteur thermique regule en couple et en vitesse Download PDF

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Abstract

L'invention propose un groupe motopropulseur (10) de véhicule automobile à motorisation hybride fonctionnant selon plusieurs modes, du type dans lequel un arbre d'une première machine électrique (16) est liée en rotation au planétaire (26) d'un train épicycloïdal (12), un arbre de sortie d'un moteur thermique (14) est lié en rotation au porte-satellites (24) du train épicycloïdal (12), et une deuxième machine électrique (18) et un pont (20) destiné à transmettre une puissance motrice à des roues (22) du véhicule sont liés à la couronne (28) du train épicycloïdal (12), du type dans lequel les deux machines électriques (16, 18) sont susceptibles de fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur, caractérisé en ce qu'il comporte un module (38) électronique de commande susceptible de déterminer un mode de fonctionnement dans lequel le moteur thermique (14) fonctionne, la première machine électrique (16) fonctionne en moteur et la deuxième machine électrique (18) fonctionne en générateur.

Description

"Groupe motopropulseur comportant un moteur thermique régulé en couple et
en vitesse" L'invention concerne un groupe motopropulseur de
véhicule automobile à motorisation hybride.
L'invention concerne plus particulièrement un groupe motopropulseur de véhicule automobile à motorisation hybride fonctionnant selon plusieurs modes, du type dans lequel un arbre de sortie d'une première machine électrique est liée en rotation au planétaire d'un train épicycloïdal, un arbre de sortie d'un moteur thermique est lié en rotation au portesatellites du train épicycloïdal, et une deuxième machine électrique et un pont destiné à transmettre une puissance motrice à des roues du véhicule sont liés à la couronne du train épicycloidal, et du type dans lequel les deux machines électriques sont susceptibles de fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur. On connaît de nombreux groupes motopropulseurs du
type décrit précédemment.
Le document EP-A2-0.769.403 décrit et représente un tel groupe motopropulseur qui est susceptible de fonctionner suivant plusieurs modes, notamment un mode tout électrique, un mode de fonctionnement thermique permettant la recharge d'une batterie d'accumulateurs lorsque le véhicule roule, un mode de fonctionnement hybride, et un mode de rechargement
de la batterie à l'arrêt.
Dans le cas particulier du mode de fonctionnement hybride, le moteur thermique et la deuxième machine électrique, qui est alors utilisée en moteur électrique, fonctionnent pour entraîner le véhicule, tandis que la première machine électrique fonctionne en alternateur pour alimenter la
deuxième machine électrique.
Ce mode de fonctionnement présente l'inconvénient de limiter le fonctionnement de la première machine électrique à
un fonctionnement en générateur.
Ceci est particulièrement pénalisant lorsque l'on désire atteindre des vitesses élevées du véhicule, le rapport entre la vitesse de rotation du moteur thermique et la vitesse de rotation des roues du véhicule étant limité par le fonctionnement en générateur de la première machine électrique. La vitesse maximum admissible aux roues du io véhicule est liée à la vitesse maximum de la deuxième machine électrique. Si, au contraire, la première machine électrique fonctionne en moteur et tourne en sens contraire du moteur thermique, sa vitesse, par l'intermédiaire des rapports d'engrènement du train épicycloïdal, peut s'ajouter à celle du moteur thermique, ce qui permet de bénéficier d'un rapport de démultiplication long permettant d'atteindre de grandes vitesses du véhicule, le moteur thermique tournant à faible vitesse. Par ailleurs, la deuxième machine électrique fonctionnant en moteur, sa consommation de puissance électrique implique qu'une puissance importante transite par une batterie d'accumulateurs, en provenance de la première machine électrique pour alimenter la deuxième machine électrique. Il s'ensuit une série de décharges et de recharges
qui réduisent la durée de vie de la batterie d'accumulateurs.
Aussi, lorsque la puissance globale que le groupe motopropulseur doit fournir aux roues est faible, et que l'état de charge de la batterie n'est ni trop faible ni trop élevé et ne nécessite par conséquent pas de recharge ou de décharge, comme c'est le cas par exemple lorsque le véhicule roule à une vitesse stationnaire élevée, est-il nécessaire de maintenir un équilibre entre la puissance demandée aux roues du
véhicule et la puissance que peut fournir le moteur thermique.
Il importe à cet effet de pouvoir réguler le moteur thermique en couple et en vitesse, cette régulation présentant l'avantage de limiter sa consommation. A cet effet, I'invention propose un groupe motopropulseur du type précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comporte un module électronique de commande susceptible de déterminer un mode de fonctionnement dans lequel le moteur thermique fonctionne, la première machine électrique fonctionne en moteur et la deuxième machine
électrique fonctionne en générateur.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le module électronique de commande est susceptible d'émettre des consignes de commande de la puissance du moteur thermique, et des consignes pour réguler respectivement la première machine électrique en vitesse et la deuxième machine électrique en couple, afin de réguler par l'intermédiaire du train épicycloïdal le moteur thermique selon un couple et une vitesse optimale, - la consigne de commande de la puissance du moteur thermique est une consigne d'ouverture d'un papillon régulant l'arrivée des gaz d'admission du moteur thermique, - les consignes de commande de régulation des moteurs électriques sont des consignes électriques en tension et en intensité, le module électronique de commande est susceptible de recevoir des informations en provenance d'un capteur de position d'une pédale d'accélérateur, d'un capteur de vitesse réelle du moteur thermique, d'un capteur de température du moteur thermique, d'un capteur de vitesse des roues du véhicule, d'un capteur de charge de la batterie, d'un capteur de fonctionnement d'un catalyseur, et d'un capteur de vitesse réelle de la première machine électrique pour émettre les consignes adéquates de régulation des moteurs thermique et des machines électriques, - le module électronique de commande est susceptible, compte tenu des informations en provenance du capteur de température du moteur thermique et du capteur de fonctionnement du catalyseur, notamment lorsque le moteur et/ou le catalyseur ne sont pas à une température adéquate, lo de déterminer une première configuration particulière du mode de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique délivre une puissance réduite, pour réduire ses émissions et sa consommation, - le module électronique de commande est susceptible, compte tenu des informations en provenance du capteur de charge de la batterie, de déterminer une deuxième configuration particulière du mode de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique délivre une puissance majorée,
pour recharger la batterie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit
pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un groupe motopropulseur selon l'invention; et - la figure 2 est une organigramme illustrant le fonctionnement du module électronique de commande et plus particulièrement les consignes qu'il est susceptible de délivrer au groupe motopropulseur en réponse aux informations qu'il
reçoit du groupe motopropulseur.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de
référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant
des fonctions similaires.
On voit sur la figure 1 I'ensemble d'un groupe motopropulseur 10 réalisé conformément à l'invention. De manière connue, un tel groupe motopropulseur 10 comporte un train épicycloïdal 12 dont les éléments sont liés en rotation à un moteur thermique 14, une première machine électrique 16, une deuxième machine électrique 18 et un pont 20 qui est destiné à entraîner au moins une roue 22 du véhicule. Le moteur thermique comporte un échappement 11
muni d'un catalyseur 13.
Le train épicycloïdal 12 comporte un porte-satellites 24 qui est lié en rotation au moteur thermique 14, un planétaire 1is 26 qui est lié en rotation à la première machine électrique 16, et une couronne 28 qui est liée en rotation à la fois à la deuxième machine électrique 18 et au pont 20. De manière connue, au moins un satellite 30 du porte-satellites 24 engrène
en permanence avec le planétaire 26 et la couronne 28.
De manière connue, cette disposition permet de bénéficier de rapports de réduction variables. En effet, si la première machine électrique 16 fonctionne en générateur et la deuxième machine électrique 18 fonctionne en moteur, on bénéficie d'un groupe motopropulseur 10 autorisant des
vitesses faibles ou moyennes.
Conformément à l'invention, lorsque, au contraire, la première machine électrique 16 fonctionne en moteur en tournant en sens inverse du moteur thermique 14, et si la deuxième machine électrique 18 fonctionne en générateur, on obtient avantageusement une vitesse élevée de la couronne 28 du train épicycloïdal 12 autorisant des vitesses élevées du véhicule. Chacune des première et deuxième machine électrique 16 et 18 est reliée électriquement, par l'intermédiaire d'une électronique de puissance respective 32 et 34, à une batterie d'accumulateurs 36. Chacune des première et deuxième machine électrique 16 et 18 est susceptible de fonctionner
indifféremment en générateur ou en moteur électrique.
Le groupe motopropulseur 10 comporte un module électronique de commande 38 qui est susceptible de commander le fonctionnement du moteur thermique 14, de la 1o première machine électrique 16, et de la deuxième machine électrique 18 selon différents modes de fonctionnement. A cet effet, le module électronique de commande 38 reçoit en permanence des informations en provenance de différents organes du groupe motopropulseur 10 et, en vertu d'une programmation interne, émet des consignes de fonctionnement à l'intention du moteur thermique 14, de la première machine
électrique 16, et de la deuxième machine électrique 18.
Ainsi, le module électronique de commande 38 est susceptible de recevoir des informations en provenance d'un capteur de la position (c40 d'une pédale 40 d'accélérateur, d'un sélecteur 42 de mode de fonctionnement, d'un indicateur 44 de l'état E36 de la batterie 36, d'un indicateur 46 de la température T14 du moteur 14, d'un indicateur 48 de l'état E13 d'amorçage du catalyseur 13, d'un capteur 50 de la vitesse V22 de la roue 22, et d'un capteur 52 de la vitesse de rotation V14 de rotation du moteur thermique 14. Le module électronique de commande 38 est par ailleurs susceptible de recevoir des informations et d'émettre des consignes de commande pour asservir un papillon 54 de commande des gaz du moteur 14 selon un état P354, une électronique 56 de commande de la première machine électrique 16 selon une vitesse de rotation V16 et un couple C16, et une électronique 58 de commande de la deuxième machine électrique 18 selon une vitesse de rotation Vl8 et un couple C18. Ainsi, le module électronique de commande est susceptible de tenir compte des valeurs P54, V16,C16, V18, C,8 mais aussi de les modifier en agissant sur le papillon 54, et les électroniques de commande 56 et 58. Enfin, le module électronique de commande est susceptible d'échanger des informations et des consignes avec un organe 60 de contrôle du train épicycloïdal 12, pour, par
exemple bloquer certains éléments du train épicycloïdal 12.
o0 Conformément à l'invention, le module électronique de commande 38 est susceptible de déterminer plusieurs modes de fonctionnement, et en particulier un mode de fonctionnement hybride dans lequel le moteur thermique 14 fonctionne, la première machine électrique 16 fonctionne en I5 moteur, et la deuxième machine électrique 18 fonctionne en générateur. Les autres modes de fonctionnement possibles du groupe motopropulseur 10 étant largement documentés par des publications antérieures, il n'en sera pas fait état dans
cette description.
Dans ce mode de fonctionnement hybride, I'interaction du module électronique de commande et des différents organes du groupe motopropulseur 10 est régi par
l'organigramme de la figure 2.
Du haut vers le bas de la figure 2, on voit que le module électronique de commande 38 réalise tout d'abord une première phase A de calcul de la puissance que doit délivrer le moteur thermique 14 en fonction de l'état E36 de la batterie d'accumulateurs 36 et de la position Z40 de la pédale d'accélérateur 40. L'état E36 de la batterie d'accumulateurs peut être un ensemble de données incluant par exemple son
état de charge, sa tension, son intensité, et sa température.
Conventionnellement, la position (x40 de la pédale d'accélérateur est déterminée par le conducteur du véhicule et correspond à un couple demandé aux roues du véhicule, car le conducteur détermine naturellement de lui-même quel couple est nécessaire à l'obtention de l'accélération désirée et corrige de lui-même ce couple en agissant sur la pédale d'accélérateur 40. Le module électronique de commande 38 détermine donc en fonction de ces paramètres une puissance P14 que doit délivrer le moteur 14. Ainsi, si la batterie est à un état E36 satisfaisant, la puissance P14 que devra délivrer le moteur io thermique 14 sera une puissance intermédiaire. Cette puissance sera majorée si la batterie 36 est déchargée, ou au contraire minorée si la batterie 36 est surchargée. On notera que cette puissance P14 est un paramètre interne au module électronique de commande 38 et n'intervient directement sur
i5 aucun des organes du groupe motopropulseur 10.
Au cours d'une deuxième phase B de calcul, le module électronique de commande 38 prend en compte les paramètres T14 et E13 représentatifs respectivement de la température du moteur 14 et de l'état d'amorçage du catalyseur 13. L'état E13 peut être une valeur comme une valeur de température ou toute autre valeur permettant d'établir le fonctionnement satisfaisant ou non satisfaisant du catalyseur 13 En fonction d'abaques internes résidant dans la programmation interne du module électronique de commande 38, le module électronique de commande 38 détermine le couple C14 et la vitesse de rotation V14 que doit délivrer le moteur thermique 14 pour délivrer la puissance P14, sachant que le couple C14 et la vitesse de rotation V14 sont liés de par les caractéristiques du moteur, et notamment par sa courbe de puissance. Ainsi, il est possible de placer le moteur thermique à un couple C14 et à une vitesse V14 optimaux pour lesquels le rendement du moteur thermique 14 est le meilleur et pour lequel il consomme
par conséquent le moins.
Dans une troisième phase C, le module électronique de commande prend en compte les informations c40 représentative du couple demandé par le conducteur aux roues du véhicule, et V22 représentative de la vitesse réelle des roues 22 du véhicule. A l'aide de ces paramètres, et compte tenu des caractéristiques inhérentes à chacun des organes concernés, notamment des régimes et puissances maximum io admissibles par le moteur thermique 14 et les première et deuxième machine électrique 16 et 18, le module électronique de commande 38 détermine un couple corrigé Cc14 et une vitesse de rotation corrigée Vc14 que doit délivrer le moteur thermique 14 pour satisfaire aux conditions précédemment
décrites.
Il s'ensuit, dans une quatrième phase D, l'établissement de consignes délivrées respectivement au papillon 54 d'admission des gaz, à l'électronique de commande 56 de la première machine électrique 16, à l'électronique de commande
58 de la deuxième machine électrique 18.
Comme dans la phase précédente, le module électronique de commande prend en compte les informations oa40 représentative du couple demandé par le conducteur aux roues du véhicule, et V22 représentative de la vitesse réelle des roues 22 du véhicule, et aussi des rapports de réduction définis par les engrenages entre les différents éléments du train épicycloïdal 12 pour déterminer et émettre la consigne 1354 d'ouverture du papillon 54 d'admission des gaz, les consignes de couple et de vitesse V16 et C16 destinées à I'électronique de commande 56 de la première machine électrique 16, et les consignes V18 et C18 destinées à l'électronique de commande 58 de la deuxième machine
électrique 18.
Avantageusement, ces consignes sont utilisées pour réguler le moteur thermique 14 en couple et en vitesse, de façon à le placer au couple corrigé Cc14 et à la vitesse de rotation Vc14 pour lesquels il est fonctionne suivant un rendement optimal et consomme le moins. Pour ce faire, il importe de le réguler en vitesse par l'intermédiaire de la première machine électrique 16 et en couple par l'intermédiaire de la deuxième machine électrique 18, la régulation effective
du moteur 14 étant réalisée par le train épicycloïdal 12.
Il est connu de commander une machine électrique en couple et en vitesse en régulant sa tension et son intensité d'alimentation. Il est possible, en modifiant ces paramètres de lier le couple et la vitesse. Ainsi, la première machine 16 électrique devant répondre à une consigne de vitesse, la consigne de couple et de vitesse C16, V16 est elle à nouveau traitée par le module électronique de commande dans une cinquième phase E. En effet, compte tenu de l'indication précédente de vitesse Vp16 fournie par l'électronique de commande 56 de la première machine électrique 16 avant l'établissement de la consigne de couple et de vitesse C16, V16, le module électronique de commande détermine une consigne de couple corrigé Cc16 qui permet à la première machine
électrique 16 d'atteindre le couple désiré.
Par ailleurs, le couple désiré C18 est prélevé du couple de consignes V18, C18 pour être émis à l'intention de la deuxième machine électrique 18, et la consigne P54 est émise à l'intention du papillon 54 d'admission des gaz du moteur
thermique 14.
Ainsi, le module électronique de commande 38 réalise avantageusement de façon simple un asservissement en couple et en vitesse du moteur thermique 14, ce qui permet simultanément de réduire sa consommation et ses émissions polluantes.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Groupe motopropulseur (10) de véhicule automobile à motorisation hybride fonctionnant selon plusieurs modes, du type dans lequel un arbre de sortie d'une première machine électrique (16) est liée en rotation au planétaire (26) d'un train épicycloïdal (12), un arbre de sortie d'un moteur thermique (14) est lié en rotation au porte- satellites (24) du train épicycloïdal (12), et une deuxième machine électrique (18) et to un pont (20) destiné à transmettre une puissance motrice à des roues (22) du véhicule sont liés à la couronne (28) du train épicycloïdal (12), et du type dans lequel les deux machines électriques (16,18) sont susceptibles de fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur, caractérisé en ce qu'il comporte un module (38) électronique de commande susceptible de déterminer un mode de fonctionnement dans lequel le moteur thermique (14) fonctionne, la première machine électrique (16) fonctionne en moteur et la deuxième
machine électrique (18) fonctionne en générateur.
2. Groupe motopropulseur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module (38) électronique de commande est susceptible d'émettre des consignes de commande de la puissance (P14) du moteur thermique (14), et des consignes (Cc16, C18) pour réguler respectivement la première machine électrique (16) en vitesse (V16) et la deuxième machine électrique (18) en couple (C18), afin de réguler par l'intermédiaire du train épicycloïdal (12) le moteur thermique (14) selon un couple (Cc14) optimal et une vitesse
(V14) optimale.
3. Groupe motopropulseur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la consigne de commande de la puissance (P14) du moteur thermique est une consigne (P54) d'ouverture d'un papillon (54) régulant l'arrivée des gaz
d'admission du moteur thermique (14).
4. Groupe motopropulseur (10) selon l'une quelconque
des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les consignes
(V16, C18) de commande de régulation des moteurs électriques
sont des consignes électriques en tension et en intensité.
5. Groupe motopropulseur (10) selon l'une quelconque
des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le module (38)
électronique de commande est susceptible de recevoir des ïo informations (o40) en provenance d'un capteur de position d'une pédale d'accélérateur (40), d'un capteur (52) de vitesse (V14) réelle du moteur thermique (14), d'un capteur (46) de température (T14) du moteur thermique (14), d'un capteur (50) de vitesse (V22) des roues (22) du véhicule, d'un capteur (44) de charge (E36) de la batterie (36), d'un capteur (48) de fonctionnement d'un catalyseur (13), et d'un capteur (56) de vitesse réelle de la première machine électrique (16) pour émettre les consignes adéquates de régulation des moteurs
thermique (14) et des machines électriques (16, 18).
6. Groupe motopropulseur (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module (38) électronique de commande est susceptible, compte tenu des informations (T14) en provenance du capteur (46) de température du moteur thermique (14) et du capteur (48) de fonctionnement du catalyseur (13), notamment lorsque le moteur (14) et/ou le catalyseur (13) ne sont pas à une température adéquate, de déterminer une première configuration particulière du mode de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique délivre une puissance (P14) réduite, pour réduire ses émissions et sa
consommation.
7. Groupe motopropulseur (10) selon les revendications
ou 6, caractérisé en ce que le module (38) électronique de
B375.DOC
commande est susceptible, compte tenu des informations en provenance du capteur (44) de charge de la batterie (36), de déterminer une deuxième configuration particulière du mode de fonctionnement dans laquelle le moteur thermique (14) délivre une puissance (P14) majorée, pour recharger la batterie (36).
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