FR2966393A3

FR2966393A3 - Dispositif de controle de freinage d'un vehicule electrique.

Info

Publication number: FR2966393A3
Application number: FR1058741A
Authority: FR
Inventors: Edouard Valenciennes
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-04-27

Abstract

Le système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique adapté au démarrage d'un véhicule sur un sol incliné, comprend : • un moteur électrique ; • une batterie électrique délivrant à un calculateur un indicateur d'état comprenant au moins son niveau de charge C ; • un levier de vitesse permettant d'activer une consigne D de direction de marche ; • une pédale d'accélérateur permettant de délivrer une consigne de couple roue via le calculateur ; • un système autonome de freinage comprenant un système de freinage par frottements, le calculateur permettant de générer une consigne de freinage par frottements et/ou une consigne de couple récupératif au moteur. Il est caractérisé en ce que, lorsqu'un premier ensemble de conditions sont réunies alors le calculateur génère un couple de freinage par frottements C de manière à réduire la vitesse absolue du véhicule en dessous de la valeur V .

Description

DISPOSITIF DE CONTROLE DE FREINAGE D'UN VEHICULE ELECTRIQUE.

La présente invention concerne le domaine des véhicules électriques. Plus particulièrement, le domaine de l'invention concerne la problématique de la gestion d'un surplus d'énergie emmagasiné, notamment cinétique, lorsqu'une batterie électrique est quasiment ou entièrement chargée. L'invention concerne en particulier les phases de démarrage dans lesquelles cette configuration est envisageable. Actuellement, les véhicules électriques possèdent une batterie électrique capable d'être rechargée en cours d'utilisation notamment par un dispositif de récupération d'énergie notamment de l'énergie générée par freinage ou encore de l'énergie cinétique. En général après une recharge, la batterie est complètement chargée et un conducteur s'apprête à démarrer. Un problème de l'utilisation d'un véhicule dont la batterie est complètement chargée est la gestion de l'énergie localement produite lors de manoeuvres particulières. Par exemple, lors d'un démarrage en côte, entraîné par la pente, le véhicule peut commencer à reculer, respectivement à avancer, dans une pente avant que le moteur permette d'entraîner le véhicule vers l'avant, respectivement vers l'arrière. Ce cas peut se produire notamment entre le moment où le conducteur lâche la pédale de frein et appuie sur la pédale d'accélérateur.

Dans cette configuration, l'énergie cinétique produite par le véhicule en mouvement génère, lors du freinage, une énergie qui, selon la vitesse du véhicule, peut être trop importante pour être dissipée thermiquement. Dans le cas de fonctionnement avec une batterie complètement chargée, cette dernière ne peut plus admettre de puissance électrique, et le moteur ne peut donc être utilisé comme un alternateur où l'énergie est alors stockée dans la batterie.

Dans ces conditions, un inconvénient majeur est donc que le surplus d'énergie cinétique, ne pouvant être stocké ou dissipé par le moteur électrique, peut endommager le système électrique. Ce cas peut se produire par exemple lors d'une 15 sortie en montée ou en descente par l'accès d'une rampe d'un garage. Ainsi, lorsqu'un véhicule fonctionne avec une batterie complètement chargée, il est impossible de stocker de l'énergie complémentaire dans cette batterie. 20 Ces cas de figurent peuvent également survenir après une utilisation du véhicule en descente avec suffisamment de phase de freinage récupératif permettant la recharge d'une batterie initialement assez bien chargée. Dans le cas d'un décollage en rampe, par exemple 25 en montée, où le véhicule désire gravir cette rampe, il peut arriver que le véhicule commence par reculer entre le lâcher de la pédale de frein et l'appui sur la pédale d'accélérateur. Si la vitesse atteinte dans le sens du recul dépasse environ 1km/h et que les batteries sont 30 chargées, l'action sur la pédale d'accélérateur en position marche avant pour ralentir le véhicule en marche arrière puis le relancer en marche avant sera sans effet. En effet, dans cette phase, il faut récupérer l'énergie cinétique du véhicule électrique dans le sens du recul et la transformer. En-dessous d'environ 1 km/h, il est possible de dissiper cette énergie en chaleur, via le rendement de l'électronique de pilotage de la machine électrique. Au-delà, il faudrait pouvoir récupérer cette énergie sous forme électrique pour la stocker dans la batterie. Cela est impossible dans le cas d'une batterie pleine car cela pourrait conduire à un endommagement de cellules de la batterie par un phénomène de surtension. Les batteries étant protégées de ces phénomènes par un contrôleur de charge, le freinage récupératif n'est alors pas possible. Un problème persiste donc pour ramener le véhicule à vitesse nulle dans le sens du recul si la marche avant est sélectionnée et que le conducteur sollicite l'accélérateur.

Un tel problème survient également si le véhicule est positionné dans une pente et que le conducteur désire manoeuvrer en reculant le véhicule. Les dispositifs actuels se limitent à traiter l'excédant d'énergie produite dans ce genre de cas par une dissipation de l'énergie dans le système de chauffage électrique du véhicule. Néanmoins, ces dispositifs ont plusieurs inconvénients. Tout d'abord ils ne peuvent pas dissiper instantanément un niveau de puissance cible. Un gradient de prise de puissance doit être respecté. Par ailleurs, si l'eau dans laquelle des résistances de chauffage sont plongées est déjà chaude, la puissance autorisée sera faible voire nulle pour éviter une ébullition éventuelle. La demande de brevet US2003085576 traite d'un système de contrôle de montée pour un véhicule hybride. Mais ce document de résout pas les inconvénients du cas d'une batterie chargée. Notamment, aucune gestion de l'énergie cinétique accumulée en descente n'est récupérée.

Un brevet W002078987 mentionne la gestion combinée des freins hydrauliques et du freinage régénératif électrique pour garantir une prestation de freinage linéaire. Mais ce brevet n'évoque aucune gestion notamment des freins hydrauliques lors d'un démarrage en côte ou en descente de manière à dissiper l'énergie tout en assurant un démarrage optimum. Par ailleurs, la solution de dissipation d'énergie dans le chauffage montre clairement des limites. Elle présente, en outre, un risque en termes de sécurité, puisque le véhicule ne permet pas une réponse réactive et n'est potentiellement pas répétable. L'invention permet de pallier aux inconvénients précités. Notamment, l'invention a pour but d'activer une consigne de freinage autre qu'un freinage récupératif, en utilisant le dispositif de freinage par frottements équipant le véhicule, lors de l'engagement de la pédale d'accélération sous certaines conditions au démarrage. Par freinage par frottements, on entend un freinage réalisé par la mise en contact de deux surfaces dont l'une est solidaire d'un élément tournant avec les roues et l'autre est solidaire d'un élément fixe du châssis, la commande du freinage à proprement parlé pouvant être réalisée soit mécaniquement, soit hydrauliquement, soit pneumatiquement. Notamment, l'invention permet de définir des conditions propres au cas où une batterie pleine serait susceptible d'être endommagée par un excédant d'énergie à stoker, notamment d'énergie cinétique accumulée. Avantageusement, les conditions requises permettant la génération d'une consigne de freinage par frottements au démarrage, pour éviter que le véhicule soit entraîné dans la pente comprennent : - Le dépassement d'un seuil, appelé également premier seuil, de vitesse limite par le véhicule ; - la génération d'une consigne de couple roue sous l'effet d'un engagement d'une pédale d'accélérateur - l'activation du levier de vitesse sur une position motrice telle que marche avant ou marche arrière ; - le sens de la vitesse du véhicule qui est opposé 20 au sens de marche défini par la position du levier de vitesse ; - un niveau de stockage dans la batterie supérieur à une valeur Seuil max, appelé également second seuil. Dans ces conditions, l'invention permet de 25 convertir une consigne de couple roue en une consigne de freinage par frottements de manière à ramener le véhicule à une vitesse nulle avant d'engager une phase de roulage dans le sens de marche.

Avantageusement, le couple de freinage par frottements généré est asservi sur la consigne de couple roue Croue Avantageusement, le couple de freinage par 5 frottements généré est asservi sur la vitesse mesurée du véhicule Vmee transmise au calculateur. Avantageusement, le couple de freinage par frottements généré est asservi sur la consigne de couple roue Croue et sur la vitesse mesurée (Vmes) du véhicule 10 transmise au calculateur. Avantageusement, le second seuil correspond à une charge de la batterie de 90% Avantageusement, le premier seuil Veeui est sensiblement égal à 1 km/h. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront présentés dans une description détaillée et illustrée par l'unique figure, à l'aide de la description qui suit, faite en regard de ladite figure qui représente un schéma de principe du système de 20 l'invention. Un véhicule automobile comprend une pédale d'accélération P délivrant, à un calculateur K, une consigne d'accélération CACc permettant d'élaborer une consigne de couple roue Croue via le calculateur K lorsque 25 la pédale est enfoncée. Un levier de vitesse LV permet de délivrer une consigne de direction de marche, dont une ou plusieurs positions de la marche avant correspondant à différents régimes moteur telles que MARCHE AVANT 1, MARCHE AVANT 2, 30 MARCHE AVANT 3, MARCHE AVANT 4, et au moins une marche arrière telle que MARCHE ARRIERE.

Toutes les consignes de MARCHE AVANT permettent d'indiquer un sens positif de roulage et la marche arrière indique un sens négatif de roulage. Le sens de roulage est une donnée D générée vers le calculateur K.

Le véhicule comprend un moteur électrique M et une batterie B. Un principe du véhicule électrique est de permettre une recharge pendant une phase de roulage ou de freinage du moteur électrique. Ainsi une partie de la puissance générée par le véhicule peut être stockée selon la puissance admissible par la batterie et sa capacité de stockage. A cette fin le moteur électrique est en mesure de délivrer un courant de charge notée IRC à la batterie B correspondant à une consigne de récupération d'énergie CRM provenant du calculateur K.

Par ailleurs, la batterie fournit une indication CH de son niveau de charge afin que le calculateur puisse répartir au mieux la consigne de freinage nécessaire lors de cette phase de démarrage, que le conducteur ait, ou non, exercé une pression sur la pédale de frein, en une consigne de freinage par frottements CFH vers un système de freinage hydraulique FH, et/ou une consigne de couple récupératif CRM via le moteur électrique. Ce dernier, en mode alternateur, permet alors une recharge de la batterie si son niveau de charge est inférieur à la valeur Seuil max, valeur légèrement inférieure au niveau maximum de stockage de la batterie Cmax, afin que le freinage récupératif puisse s'exercer. Il est bien entendu que le système de freinage par frottements, tel que rappelé dans la partie introductive, peut être commandé par des moyens autres que des moyens hydrauliques.

Le calculateur K peut également générer une consigne de freinage CFH vers le système de freinage hydraulique FH, lorsque qu'un conducteur décide de freiner par exemple à partir d'une pédale de freinage non représentée sur la figure 1. La présente invention trouve son application lorsque la batterie B est entièrement chargée ou sensiblement proche d'une charge complète, et que le véhicule doit être freiné avant une phase d'accélération.

Le système de l'invention permet alors de récupérer l'énergie cinétique du véhicule sous certaines conditions et/ou de générer un couple de freinage par frottements CFH de manière à stabiliser le véhicule avant d'entamer une phase de roulage nominale.

Cette configuration se produit lorsque le conducteur désire démarrer son véhicule dans une pente selon le sens opposé au déplacement naturel du véhicule dans cette pente, soit un démarrage vers l'avant dans une montée ou un démarrage vers l'arrière dans une descente.

Dans le premier cas, lors du démarrage, lorsque le frein à main est retiré, le conducteur engage généralement la pédale de frein et il s'apprête à engager la marche avant. Entre le moment où le conducteur désengage la pédale de frein et engage la pédale d'accélération, le véhicule est entraîné dans la pente dans le sens contraire du sens de roulage souhaité. Dans le second cas, lors du démarrage le conducteur engage la marche arrière et lorsque le frein à main est retiré, le véhicule est entraîné dans la pente dans le sens contraire du sens de roulage souhaité avant que le moteur n'entraîne les roues en marche arrière.

Dans les deux cas, bien que le conducteur engage la pédale d'accélération, pendant un court instant de transition le véhicule emmagasine un surplus d'énergie correspondant à l'énergie cinétique du véhicule en mouvement dans la pente. L'énergie ne peut alors être récupérée dans la batterie déjà chargée, et, si la vitesse est conséquente, cette énergie ne peut être complètement dissipée thermiquement. Un capteur ou dispositif équivalent délivre au calculateur K la valeur de la vitesse mesurée réelle du véhicule, notée Vmes. La valeur de la vitesse mesurée est utilisée pour de nombreux calculs réalisés par le calculateur K, notamment pour tous les calculs permettant d'asservir un paramètre sur la vitesse du véhicule. En particulier, le système de l'invention permet de contrôler le paramètre de vitesse mesurée Vmee du véhicule, notamment son signe et sa valeur de manière à valider une condition permettant au calculateur de générer un couple de freinage par frottements sous réserve que d'autres conditions soient vérifiées. Le système de l'invention permet d'effectuer un contrôle d'un premier ensemble de conditions dont : - l'engagement du levier de vitesse en marche avant ou en marche arrière ; - la génération d'une consigne de couple roue par une action par exemple sur la pédale d'accélération ; - la vérification par le calculateur que la vitesse mesurée du véhicule est de sens opposé au sens engagé de marche par le levier de vitesse ; - la vérification par le calculateur que la vitesse mesurée du véhicule en valeur absolue est supérieure à un seuil prédéfini Vseui ; - la vérification que la charge de la batterie CH 5 est supérieure à la valeur Seuil max, proche de la valeur maximale CmaX admissible. Généralement, il est possible de dissiper une énergie cinétique correspondant à une vitesse de 1 km/h en chaleur à travers le moteur électrique sans 10 conséquence pour le bon fonctionnement dudit moteur. Dans un mode préféré de l'invention, la valeur du seuil Vseui de vitesse permettant de valider la condition de la valeur de la vitesse mesurée peut être choisie égale à 1km/h. 15 De même, on estime que la batterie ne peut pas participer au freinage récupératif lorsque la charge de la batterie CH est supérieure à la valeur Seuil max. Cette valeur peut être fixée, par exemple, à 90 % de la charge maximale admissible. Toutefois, on pourra, dans un 20 mode simplifié de mise en oeuvre, autoriser un freinage récupératif pour des valeurs de charge de batterie allant jusqu'à la valeur maximale CmaX admissible. Lorsque toutes les conditions du premier ensemble sont validées, le calculateur génère un couple de 25 freinage par frottements CFH pour réduire la vitesse du véhicule en-dessous de 1km/h en valeur absolue. Dans un mode de réalisation, le gradient de la valeur de la consigne de freinage CFH est adapté de manière à ne pas provoquer un arrêt brusque du véhicule. 30 Selon un mode de réalisation, la consigne de freinage par frottements CFH est asservie à la consigne de couple roue, afin d'adapter le freinage du véhicule selon l'enfoncement de la pédale d'accélération. Un avantage résulte pour le conducteur, après un apprentissage, d'une intuitivité de la manoeuvre.

En effet, plus le conducteur enfonce la pédale d'accélération, plus le véhicule réduit l'effet indésirable du roulage dans le sens opposé au sens souhaité. Par ailleurs, le couple de freinage par frottements CFH est ajustable en fonction de la vitesse du véhicule, pour notamment prendre en compte des besoins d'agrément. Dans un autre mode de réalisation, le calculateur génère une consigne de freinage par frottements asservie à la vitesse mesurée Vines du véhicule.

Cette solution présente l'avantage que la consigne de freinage par frottements CFH est adaptée à la vitesse réelle du véhicule. De ce fait, la consigne de freinage diminue lorsque la vitesse mesurée diminue ou augmente lorsque la vitesse mesurée augmente. Par conséquent, l'effet indésirable du roulage dans le sens opposé du sens de marche correspondant à la position du levier de vitesse en MARCHE AVANT, est réduit quasiment automatiquement. Dans un autre mode de réalisation, le calculateur génère une consigne de freinage par frottements CFH asservie à la consigne de couple roue Croise et à la vitesse mesurée Vines du véhicule. Une pondération linéaire peut par exemple être réalisée entre les deux paramètres de manière à prendre en compte au maximum le confort du conducteur par la génération d'un couple de freinage adapté.

L'invention permet notamment de stopper le mouvement du véhicule dans le sens non souhaité tout en préservant la batterie et la puissance admissible par cette dernière lorsque celle-ci est complètement chargée ou quasiment. Le système de l'invention comprend donc le double avantage de : - répartir l'énergie supplémentaire provenant de l'énergie cinétique du véhicule en un couple de freinage par frottements et/ou récupératif adapté à ramener le véhicule à une vitesse nulle avant de repartir dans le sens souhaité et ; - préserver la batterie de manière à ne pas la détériorer par un apport de puissance qui ne serait pas 15 admissible. Enfin une condition permettant l'arrêt de la génération du couple de freinage par frottements CFH est la comparaison de la vitesse un seuil de vitesse compris 20 absolue. On appelle ce rétablissement. C'est-à-dire que lorsque le véhicule atteint la vitesse de rétablissement, le moteur électrique est capable de dissiper thermiquement l'énergie 25 supplémentaire et peut reprendre un fonctionnement nominal, où une action sur la pédale d'accélération, après l'arrêt du véhicule par dissipation d'énergie sous forme de chaleur, génère un couple moteur permettant de faire avancer le véhicule dans le sens souhaité. 30 Lorsque la marche avant est enclenchée et que le véhicule part en arrière au démarrage, la vitesse de mesurée VmeS du véhicule avec entre 0 et 1km/h en vitesse seuil, la vitesse de rétablissement doit être supérieure à la valeur négative -1km/h. Lorsque la marche arrière est enclenchée et que le véhicule part en avant au démarrage, la vitesse de 5 rétablissement doit être supérieure à 1km/h. Ainsi, lorsque la vitesse du véhicule est inférieure, en valeur absolue, à la vitesse de rétablissement, le système de freinage hydraulique par frottements n'est alors plus sollicité, autrement que par 10 une action sur la pédale de frein ou par le frein à main. Dans ces conditions le système de traction électrique est alors opérationnel et permet au véhicule d'accélérer. Dans le cas où la batterie n'est pas complètement chargée, c'est-à-dire que son niveau de charge est en 15 dessous d'un certain seuil, alors la génération d'un couple de freinage par frottements CFH n'est pas nécessaire. En effet, dans ce cas de figure, le système de l'invention peut permettre un fonctionnement nominal. C'est-à-dire que l'engagement de la pédale d'accélération 20 génère, via le calculateur K, un couple de freinage récupératif CRM, le moteur électrique fonctionnant en alternateur, car le surplus d'énergie peut être admissible par la batterie. Il circule alors un courant électrique IRc du moteur vers la batterie. 25 Bien entendu, un dispositif permet d'arrêter la charge de la batterie lorsque son niveau de charge atteint le niveau maximum de charge Cmax, et de transférer le freinage sur le système de freinage par frottements. Enfin dans une variante de réalisation de 30 l'invention le calculateur peut générer simultanément un couple de freinage par frottements CFH vers le système de freinage hydraulique et un freinage récupératif par le moteur électrique. Cette double génération de couple permet d'activer une puissance motrice dans le sens de la marche souhaitée tout en générant un couple de freinage permettant de stopper le véhicule dans le sens de marche non souhaité. Les deux actions sont donc complémentaires et se combinent avantageusement de manière à rétablir au plus vite le véhicule dans le bon sens de la marche souhaité.

D'une manière plus générale, le dispositif selon l'invention peut être appliqué sur un véhicule muni d'un système autonome de freinage par frottements, où le niveau de freinage par frottements peut être piloté par un calculateur via une consigne de freinage.

Ce type de dispositif de freinage peut être monté sur un véhicule électrique pour réaliser un freinage découplé. Le freinage découplé consiste à réaliser une répartition de la demande de freinage exprimée par le conducteur par pression sur la pédale de frein en une consigne de freinage par frottements et une consigne de couple récupératif via le moteur électrique. Ce couple récupératif permet une recharge de la batterie du véhicule électrique.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique adapté au démarrage d'un véhicule sur un sol 5 incliné, comprenant . - un moteur électrique ; - une batterie électrique délivrant à un calculateur (K) un indicateur d'état comprenant au moins son niveau de charge (Cb) ; 10 - un levier de vitesse permettant d'activer une consigne (D) de direction de marche ; - une pédale d'accélérateur permettant de délivrer une consigne de couple roue (Crabe) via le calculateur ; 15 - un système autonome de freinage comprenant un système de freinage par frottements, le calculateur permettant de générer une consigne de freinage par frottements et/ou une consigne de couple récupératif au moteur, 20 caractérisé en ce que lorsqu'un premier ensemble de conditions sont réunies dont : - la vitesse mesurée (Vmes) du véhicule par le calculateur est inverse à la consigne de marche ; - la consigne de couple roue est non nulle ; 25 - la vitesse absolue du véhicule est supérieure à un premier seuil prédéfini (Vsebil) - la charge de la batterie Cb est supérieure à un second seuil prédéfini, noté seuil max ;alors le calculateur génère un couple de freinage par frottements CFH de manière à réduire la vitesse absolue du véhicule en dessous du premier seuil (Vseui ) .
2. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple de freinage par frottements généré est asservi sur la consigne de couple roue (Croue)
3. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple de freinage par frottements généré est asservi sur la vitesse mesurée du véhicule ( Ume s ) transmise au calculateur.
4. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple de freinage par frottements généré est asservi sur la consigne de couple roue (Croue) et sur la vitesse mesurée (Vmes) du véhicule transmise au calculateur.
5. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second seuil correspond à une charge de la batterie de 90%
6. Système de contrôle de freinage d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier seuil (Vseui) est sensiblement égal à 1 km/h.