FR2911568A1 - Systeme de commande du point de fonctionnement d'un groupe motopropulsuer hybride et procede associe - Google Patents

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Abstract

Système de commande d'une propulsion hybride pour véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant au moins un organe moteur thermique et au moins un organe moteur électrique, capable d'entraîner les essieux moteurs indépendants avant (13) et arrière (14) du véhicule, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur, un moyen (10) de répartition de la consigne de couple total, un moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule et un moyen (12) d'optimisation du point de fonctionnement, aptes à déterminer les couples à appliquer à chacun des deux essieux de façon à préserver la stabilité du véhicule dans différentes conditions de roulage tout en minimisant la consommation du véhicule.

Description

Système de commande du point de fonctionnement d'un groupe motopropulseur
hybride et procédé associé
La présente invention concerne un système de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule automobile à quatre roues motrices permettant d'assurer la stabilité du véhicule tout en réduisant la consommation de carburant. Un véhicule à quatre roues motrices nécessite une gestion des couples (ou efforts) appliqués à chacune de ses roues. La gestion des couples appliqués, est nécessaire non seulement pour assurer une bonne motricité en fonction des conditions de roulage mais également pour garantir la stabilité du véhicule, notamment dans les situations de virage ou de faible adhérence. Un véhicule hybride intègre généralement au moins deux organes moteurs différents, un organe moteur thermique et au moins un organe moteur électrique. Ces organes présentent des capacités motrices, des émissions polluantes et des besoins en énergie différents. Ils sont généralement pilotés par des calculateurs dosant les efforts consentis par chacun des organes moteurs de façon à minimiser les rejets polluants tout en conservant une adéquation de la motricité avec les demandes du conducteur. Un véhicule hybride à quatre roues motrices a donc besoin de gérer les couples appliqués aux différentes roues par l'intermédiaire d'une gestion des différents organes moteurs. La juxtaposition des algorithmes de gestion d'un véhicule à quatre roues motrices et d'un véhicule hybride ne serait pas capable d'assurer la stabilité du véhicule, notamment à cause de l'absence de mécanismes de limitation des différentes consignes de couple. La demande de brevet FR2654682 (Renault) décrit une commande active de la répartition du couple moteur entre les essieux avant et arrière d'un véhicule à quatre roues motrices. La répartition est réalisée à l'aide d'un système de transmission de couple mécanique. Cependant la commande n'intègre pas l'utilisation de plusieurs sources de puissance motrice, notamment d'origine électrique. De plus, elle n'intègre pas de moyen d'optimisation du point de fonctionnement du groupe motopropulseur permettant de diminuer la consommation de carburant. La demande de brevet FR2827339 (Renault) décrit un dispositif de contrôle du point de fonctionnement du groupe motopropulseur d'un véhicule permettant l'optimisation de la consommation et l'application de comportements routiers différents mais ne distingue pas les consignes de couple données au train avant de celles données au train arrière. Il n'est donc pas possible de réaliser une gestion du train arrière en fonction des conditions de roulage pour un véhicule hybride à quatre roues motrices et deux trains indépendants. La demande de brevet US 6,205,379 (Toyota) décrit un système de commande permettant de répartir des moyens de propulsion hybrides (électrique et thermique) sur les trains avant et arrière. De plus, ce système de contrôle intègre un procédé de commande permettant de gérer des conditions de roulage avec faible adhérence combinées à des situations de forte pente et de batterie faible. Ce contrôleur optimise l'adhérence et les conditions de motricité, mais ne permet pas d'optimiser la consommation de carburant en parallèle d'une maîtrise de la stabilité du véhicule. La demande de brevet FR2799417 (Toyota) décrit un dispositif de commande d'un véhicule à quatre roues motrices et plus particulièrement la commande d'un moteur électrique équipant un tel véhicule de façon à en limiter l'échauffement en contrôlant la répartition des forces de traction en fonction de la consigne demandée par le conducteur. Un tel dispositif est également capable de gérer différents types de sources motrices. Cependant aucun mécanisme de saturation de la consigne du train arrière ou de mécanisme de limitation de la consigne de couple total ne sont mentionnés.
La demande de brevet JP2001171378 (Toyota) divulgue un dispositif permettant de commander les couples de forces appliqués sur les trains avant et arrière d'un véhicule à quatre roues motrices. Bien que prenant en compte les conditions de roulage au travers notamment de la déclivité et de l'adhérence, il n'est pas fait mention de mécanismes de saturation dynamique de la consigne du train arrière en fonction des conditions de roulage. De même, il ne semble pas y avoir de limitation dynamique du couple total en fonction des conditions de roulage.
La présente invention se propose de remédier à cette situation en proposant un dispositif de commande du point de fonctionnement du groupe motopropulseur permettant de gérer la stabilité du véhicule tout en maîtrisant la consommation de carburant. Plus précisément, l'invention concerne les véhicules hybrides à quatre roues motrices et deux trains moteurs indépendants, pour lesquels il s'agit de gérer les couples appliqués aux trains avant et arrière tout en assurant la stabilité du véhicule. Enfin, l'invention peut gérer plusieurs types de propulsions différentes afin de minimiser la consommation de véhicule.
Dans un mode de réalisation, un système de commande d'une propulsion hybride pour véhicule automobile à quatre roues motrices, comprend au moins un organe moteur thermique et au moins un organe moteur électrique, capable d'entraîner les essieux moteurs indépendants avant et arrière du véhicule, et est caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur, un moyen de répartition de la consigne de couple total, un moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule et un moyen d'optimisation du point de fonctionnement. Ce système est apte à déterminer les couples à appliquer à chacun des deux essieux de façon à préserver la stabilité du véhicule dans différentes conditions de roulage tout en minimisant la consommation du véhicule. Le système de commande tel qu'il est décrit ici permet de déterminer les couples à appliquer sur les trains avant et arrière en fonction de la demande du conducteur et des conditions de roulage. De plus, la présence d'un moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule permet d'assurer une limitation permanente des consignes de couple pour assurer la stabilité du véhicule. Le moyen d'optimisation du point de fonctionnement permet de déterminer le point de fonctionnement satisfaisant à la demande du conducteur ainsi qu'aux différentes consignes de couple et présentant une consommation minimale de carburant. Le moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule est connecté au moyen de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur et au moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable d'émettre une consigne de couple total limite et une plage de consigne de couple arrière en fonction des conditions de roulage du véhicule.
Le système de commande peut comprendre une interface entre le conducteur et le véhicule, et un moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule. Dans un tel système, le moyen de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur est relié par son entrée à une interface entre le conducteur et le véhicule, et par sa sortie au moyen de répartition de la consigne de couple total et relié au moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule, le moyen de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur est capable de convertir les exigences du conducteur en conditions de couple total en tenant compte de la consigne de couple total limite provenant du moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule. Le système de commande peut comprendre un moyen de commande électrique. Dans un tel système, le moyen de répartition de la consigne de couple total est connecté par ses entrées au moyen de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur et au moyen de commande électrique et par ses sorties au moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable de répartir la consigne de couple total en consignes de couple avant et arrière en fonction des puissances et couples disponibles pour chaque organe moteur électrique. Le moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule est connecté par ses entrées au moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule et au moyen de répartition de la consigne de couple total et par sa sortie au moyen d'optimisation du point de 2911568 s fonctionnement. Le moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule est capable de corriger les consignes de couple aux trains avant et arrière en fonction de la plage de consigne de couple arrière reçue du moyen de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du 5 véhicule. Le moyen d'optimisation du point de fonctionnement est relié par ses sorties aux organes moteurs et par son entrée au moyen de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable de commander les différents organes moteurs ainsi que la boite de 10 vitesses en fonction des consignes finales de couple aux trains avant et arrière. Selon un autre aspect de l'invention, on définit un procédé de commande de propulsion hybride pour véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant au moins un organe moteur thermique et 15 au moins un organe moteur électrique, capables d'entraîner les essieux moteurs indépendants avant et arrière du véhicule. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on répartit la consigne de couple total en consigne de couple avant et consigne de couple arrière de façon à préserver la stabilité du véhicule. 20 On limite la consigne de couple arrière à une plage de valeurs délimitée par des consignes de couple arrière maximum et minimum et on fixe la consigne de couple avant à une valeur égale à la différence entre la consigne de couple total et la consigne de couple arrière. On impose une valeur limite de couple total selon les 25 conditions de roulage. Les consignes de couple total limite, de couple arrière maximum et de couple arrière minimum varient dynamiquement selon les conditions de roulage du véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente les différents organes du véhicule et leurs interactions ; -la figure 2 représente un schéma synoptique des différentes étapes du procédé de calcul des consignes finales de couple avant et arrière. La figure 1 montre les principaux organes constituant le véhicule, à savoir le véhicule 1 comprenant un groupe 2 motopropulseur constitué par un organe moteur thermique 5, des organes moteurs électriques 3 et 3e et une boite 4 de vitesses, une interface 6 entre le conducteur et le véhicule, un moyen 5a de commande de l'organe moteur thermique relié à l'organe moteur thermique par la liaison 5c, un moyen 4a de commande de la boite de vitesses relié à la boite de vitesse 4 par la liaison 4c, des batteries 3f alimentant les organes moteurs électriques 3 et 3e, un moyen 7 de contrôle de la stabilité du véhicule, un contrôle 8 de groupe motopropulseur et un moyen 3a de contrôle électrique relié aux organes moteurs électriques 3 et 3e par les liaisons 3c et 3d respectivement et aux batteries 3f par la liaison 3g. Le contrôle 8 de groupe motopropulseur comprend un moyen 9 de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur, un moyen 10 de répartition de la consigne de couple total, un moyen 11 de prise en compte de la stabilité du véhicule et un moyen 12 d'optimisation du point de fonctionnement. Le moyen 9 de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur reçoit la position de la pédale d'accélérateur 6c et du levier 6d de vitesse en provenance de l'interface 6 entre le conducteur et le véhicule par l'intermédiaire de la liaison 6b et ainsi qu'en provenance du moyen 4a de commande de la boite de vitesses par la connexion 4b, le rapport actif de la boite 4 de vitesses. Le moyen 9 émet une consigne de couple brut à travers la connexion 9c vers le moyen 7 de contrôle de la stabilité du véhicule. Le moyen 7 renvoie une consigne de couple total limité pour tenir compte des conditions de roulage par la liaison 7c. Cette consigne est intégrée par le moyen 9 de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur et transmise par la connexion 9b au moyen 10 de répartition du couple total. Le moyen 10 reçoit des informations du moyen 3a de commande électrique par la liaison 3b, concernant les puissance et énergie minimale et maximale disponibles dans les moyens électriques ainsi que les couples minimum et maximum de chacun des organes moteurs électriques. Grâce à ces informations, le moyen 10 de répartition du couple total est alors capable de calculer une consigne de couple pour le train avant et pour le train arrière.
Ces deux consignes sont alors transmises par la connexion 10b au moyen 11 de prise en compte de la stabilité du véhicule qui génère de nouvelles consignes de couple aux trains avant et arrière en tenant compte des limitations maximale et minimale du couple du train arrière reçue par la connexion 7b provenant du moyen 7 de contrôle de la stabilité du véhicule. Ces nouvelles consignes de couple sont alors reçues par la connexion llb par le moyen 12 d'optimisation du point de fonctionnement qui émet des consignes de rapport à destination du moyen 4a de commande de la boite de vitesses par la connexion 12c, des consignes de couple vers le moyen 5a de commande de l'organe moteur thermique par la connexion 12b et des consignes de couple des organes moteurs électriques vers le moyen 3a de commande électrique par la connexion 12d. Toutes ces consignes sont optimisées de façon à minimiser la consommation de carburant.
La figure 2 montre les différentes étapes logiques du procédé de calcul des consignes finales de couple aux trains avant et arrière. Le procédé commence par l'étape 13 au cours de laquelle la consigne brute de couple total Cr_brut est calculée d'après la vitesse du véhicule Vveh, et des paramètres de l'interface 6 entre le conducteur et le véhicule comme la position de la pédale d'accélérateur pedac ou l'état de la butée d'urgence kick. Lors de l'étape 14, cette consigne est comparée à la consigne de couple total limite Cr_lim. Si la consigne brute est supérieure à la consigne limite, alors on passe à l'étape 15 où la consigne de couple total est remplacée par la consigne limite, sinon la consigne de couple total est remplacée par la consigne brute à l'étape 16. A l'étape 17, les consignes de couple avant Crav et arrière Crar sont calculées en fonction de la consigne de couple total, de la vitesse du véhicule et des paramètres des différents organes moteurs tels que la puissance minimale et maximale disponible Pbat, l'énergie minimale et maximale disponible Ebat, les couples minimum et maximum disponibles pour les différents moteurs électriques. La consigne de couple arrière est comparée pendant l'étape 18 à la limite maximale de couple arrière Crar_max. Si elle est supérieure à la limite maximale, on passe à l'étape 19 où la consigne finale de couple arrière est égale à la limite maximale de couple du train arrière et où on reporte sur la consigne finale de couple avant le couple non pris en charge par la consigne de couple arrière. On a donc la consigne finale de couple avant qui est égale à la consigne de couple total moins la consigne finale de couple arrière. Lors de l'étape 18, si la consigne de couple arrière est inférieure à la limite maximale de couple arrière, on passe à l'étape 20 et on compare la consigne de couple arrière à la limite minimale de couple arrière Crar_min. Si la consigne est inférieure à la limite, alors les consignes finales de couple avant et arrière sont calculées à l'étape 21. La consigne finale de couple arrière est égale à la limite minimale de couple du train arrière et la consigne finale de couple avant est égale à la consigne de couple total moins la consigne finale de couple arrière. Sinon on passe à l'étape 22 et les consignes finales de couples avant et arrière sont égales respectivement aux consignes de couple avant et arrière. La présente invention est conçue pour travailler dans le plan des roues en traduisant la demande du conducteur en consignes de couples aux roues. De même, les différentes limitations déterminées liées aux conditions de roulage sont traduites en consignes de couple aux roues. On pourrait adapter la présente invention pour que les consignes soient traduites en efforts aux roues. Cela permettrait une représentation des actions des différents organes plus proche de la perception du conducteur, c'est-à-dire une perception de forces. Enfin, on peut également concevoir une adaptation de l'invention présentant une approche mixte avec une partie du système proche du conducteur travaillant en terme d'efforts aux roues et une partie proche des organes moteurs et des roues qui travaillerait en terme de couples aux roues.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Système de commande d'une propulsion hybride pour véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant au moins un organe moteur thermique et au moins un organe moteur électrique, capable d'entraîner les essieux moteurs indépendants avant (13) et arrière (14) du véhicule, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur, un moyen (10) de répartition de la consigne de couple total, un moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule et un moyen (12) d'optimisation du point de fonctionnement, aptes à déterminer les couples à appliquer à chacun des deux essieux de façon à préserver la stabilité du véhicule dans différentes conditions de roulage tout en minimisant la consommation du véhicule.
2. Système de commande selon la revendication 1 dans lequel le moyen (7) de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule est connecté au moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur et au moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable d'émettre une consigne de couple total limite et une plage de consigne de couple arrière en fonction des conditions de roulage du véhicule.
3. Système de commande selon la revendication 2 comprenant une interface (6) entre le conducteur et le véhicule, et un moyen (7) de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule dans lequel le moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur est relié par son entrée à une interface (6) entre le conducteur et le véhicule, et par sa sortie au moyen (10) de répartition de la consigne de couple total et relié au moyen (7) de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule, le moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur est capable de convertir les exigences du conducteur en conditions de couple total en tenant compte de la consigne de couple • 2911568 11 total limite provenant du moyen (7) de contrôle de la stabilité et de la trajectoire du véhicule.
4. Système de commande selon la revendication 3 comprenant un moyen de commande électrique dans lequel le moyen (10) de 5 répartition de la consigne de couple total est connecté par ses entrées au moyen (9) de détermination de la consigne de couple total à partir des demandes du conducteur et au moyen de commande électrique et par ses sorties au moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable de répartir la consigne de couple total en 10 consignes de couple avant et arrière en fonction des puissances et couples disponibles pour chaque organe moteur électrique.
5. Système de commande selon la revendication 4 dans lequel le moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule est connecté par ses entrées au moyen (7) de contrôle de la stabilité et de 15 la trajectoire du véhicule et au moyen (10) de répartition de la consigne de couple total et par sa sortie au moyen (12) d'optimisation du point de fonctionnement et est capable de corriger les consignes de couple aux trains avant et arrière en fonction de la plage de consigne de couple arrière reçue du moyen (7) de contrôle de la stabilité et de la 20 trajectoire du véhicule
6. Système de commande selon la revendication 5 dans lequel un moyen (12) d'optimisation du point de fonctionnement est relié par ses sorties aux organes moteurs et par son entrée au moyen (11) de prise en compte de la stabilité du véhicule, et est capable de 25 commander les différents organes moteurs ainsi que la boite (4) de vitesses en fonction des consignes finales de couple aux trains avant et arrière.
7. Procédé de commande de propulsion hybride pour véhicule automobile à quatre roues motrices, au moins un organe moteur 30 thermique et au moins un organe moteur électrique, capable d'entraîner les essieux moteurs indépendants avant (13) et arrière (14) du véhicule, caractérisé par le fait que l'on répartit la consigne de couple total en consigne de couple avant et consigne de couple arrière de façon à préserver la stabilité du véhicule.
8. Procédé de commande selon la revendication 7 dans lequel on limite la consigne de couple arrière à une plage de valeurs délimitée par des consignes de couple arrière maximum et minimum et on fixe la consigne de couple avant à une valeur égale à la différence entre la consigne de couple total et la consigne de couple arrière.
9. Procédé de commande selon la revendication 7 dans lequel on impose une valeur limite de couple total selon les conditions de roulage.
10. Procédé de commande selon les revendications 7 à 9 dans lequel les consignes de couple total limite, de couple arrière maximum et de couple arrière minimum varient dynamiquement selon les conditions de roulage du véhicule.
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