FR2976323A1

FR2976323A1 - Procede de gestion du demarrage du moteur thermique d'un vehicule hybride et vehicule associe

Info

Publication number: FR2976323A1
Application number: FR1155009A
Authority: FR
Inventors: Florian Galinaud
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-14
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: FR2976323B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique (31) d'un véhicule (25) hybride muni d'une machine électrique (37) et d'un moteur thermique (31) aptes à réaliser la traction du véhicule (25), le véhicule (25) comportant un mode de traction ZEV pour lequel la traction est réalisée uniquement avec la machine électrique (37). Le procédé est caractérisé en ce que, lorsque le véhicule (25) est dans le mode de traction ZEV, il comporte les étapes suivantes : déterminer une valeur d'un couple de saturation traduisant l'effort maximum que peut fournir la machine électrique (37), mesurer une valeur d'un couple demandée par l'utilisateur du véhicule (25) en fonction de la position d'une pédale d'accélération, déterminer une valeur d'un couple de transition supérieure à la valeur du couple de saturation et démarrer le moteur thermique (31) lorsque la valeur du couple demandée par l'utilisateur dépasse la valeur du couple de transition.

Description

PROCEDE DE GESTION DU DEMARRAGE DU MOTEUR THERMIQUE D'UN VEHICULE HYBRIDE ET VEHICULE ASSOCIE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique d'un véhicule hybride et le véhicule hybride associé. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules hydrides parallèles, séries ou à dérivation de puissance. [3] ETAT DE LA TECHNIQUE Io [04] Les véhicules hybrides parallèles, séries ou à dérivation de puissance sont généralement dotés de deux types d'énergie, thermique et électrique. La combinaison de ces deux types d'énergie permet de garantir la traction du véhicule tout en optimisant le rendement énergétique et ainsi la diminution de la consommation et de la pollution. is [05] Certains véhicules hybrides sont capables de rouler indépendamment grâce à l'énergie thermique d'un moteur thermique ou grâce à l'énergie électrique d'une machine électrique de traction. Pour ce faire ils sont par exemple équipés d'un groupe moto propulseur classique qui assure la traction d'un des trains du véhicule et d'un groupe moto propulseur 20 électrique qui assure la traction de l'autre train du véhicule. [06] On entend par groupe moto propulseur classique un groupe comportant un moteur thermique en relation avec une boîte de vitesses pilotée par l'intermédiaire d'un embrayage. Le moteur thermique peut être couplé à un système de démarrage indépendant permettant de mettre en 25 oeuvre des démarrages rapides du moteur thermique. Ce type de système de démarrage permet de mettre en place un système d'économie d'énergie dit « Start and Stop ». Le système « Start and Stop » est un procédé d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique en fonction des situations de vie du véhicule. 30 [07] On entend par groupe moto propulseur électrique un groupe comportant une machine électrique reliée à un train du véhicule par l'intermédiaire d'un embrayage et d'un ensemble de démultiplication. La machine électrique est alimentée par un système de stockage d'énergie électrique, par exemple une batterie de puissance. [8] Chaque organe du véhicule hybride est piloté par un calculateur de contrôle rapproché propre. Ces différents calculateurs de contrôles sont commandés par un calculateur unique dit de supervision qui prend les décisions et synchronise les actions pour répondre à la volonté de l'utilisateur. Ce calculateur de supervision pilote les chaînes de traction thermique et électrique en fonction des situations de vie et de l'état du Io véhicule. Il décide également du mode de roulage, coordonne toutes les phases transitoires et choisit les points de fonctionnement afin d'optimiser la consommation de carburant, la dépollution et l'agrément du véhicule. [9] Sur de tels véhicules hybrides, il est possible de rouler suivant un mode de fonctionnement pour lequel seule la machine électrique est utilisée is pour mouvoir le véhicule. Ce mode de fonctionnement est dit ZEV pour « Zero-Emissions Vehicle » en anglais. [10] Le couple et la puissance de la machine électrique utilisée pour la traction sont inférieurs au couple et à la puissance totale du véhicule. Il en résulte que, dans certaines situations, lors des roulages en mode ZEV, la 20 machine électrique seule n'est pas suffisante pour assurer la traction du véhicule. Il est alors nécessaire de démarrer le moteur thermique pour fournir le couple demandé par l'utilisateur aux roues du véhicule. [11] En outre, le calculateur de supervision doit également gérer des situations de vies spécifiques telles que les situations de montée de trottoir.

25 En effet, la montée de trottoir est une situation de vie fréquemment rencontrée en environnement urbain. Dans cette situation de vie, l'utilisateur positionne son véhicule avec une ou deux roues contre le trottoir à franchir, puis accélère jusqu'à ce que le véhicule franchisse le trottoir. La dosabilité est particulièrement importante dans cette situation pour éviter que le 30 véhicule ne fasse un « bond en avant » une fois le trottoir franchi. On entend par dosabilité, la réponse du véhicule au couple demandé par l'utilisateur. [12] Le document FR2907745 décrit un procédé de décision de mise en route et d'arrêt du moteur thermique d'un véhicule hybride dans le but d'optimiser la consommation énergétique du véhicule. Ce procédé est basé sur des critères de rendements des différents organes du véhicule, sur les besoins en couple, sur la vitesse du véhicule, ainsi que sur le niveau de charge de l'organe de stockage de l'énergie électrique. [13] OBJET DE L'INVENTION [14] L'invention a pour but de proposer une alternative efficace aux procédés existants de gestion du démarrage du moteur thermique d'un io véhicule hybride. L'invention concerne également le véhicule qui lui est associé. [15] A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique d'un véhicule hybride muni d'une machine électrique et d'un moteur thermique aptes à réaliser la is traction du véhicule, le véhicule comportant un mode de traction ZEV pour lequel la traction est réalisée uniquement avec la machine électrique. Le procédé est caractérisé en ce que, lorsque le véhicule est dans le mode de traction ZEV, il comporte les étapes suivantes : déterminer une valeur d'un couple de saturation traduisant l'effort maximum que peut fournir la machine 20 électrique, mesurer une valeur d'un couple demandée par l'utilisateur du véhicule en fonction de la position d'une pédale d'accélération, déterminer une valeur d'un couple de transition supérieure à la valeur du couple de saturation et démarrer le moteur thermique lorsque la valeur du couple demandée par l'utilisateur dépasse la valeur du couple de transition. 25 [016] Cette invention permet de conserver une course pédale acceptable sans démarrage intempestif. Le fonctionnement du véhicule hybride est alors comparable à celui d'un véhicule électrique. Cette invention est particulièrement intéressante pour les véhicules hybrides de type plug-in où il est nécessaire de ne pas démarrer le moteur avant d'avoir atteint une 30 position élevée de la pédale d'accélération. Sur certain véhicule et pour certaines contraintes d'homologation, la position élevée de la pédale d'accélération peut aller jusqu'au « point dur ». On entend par « point dur », un point correspondant à un capteur en toute fin de course de la pédale d'accélération permettant de détecter une volonté de l'utilisateur particulièrement importante. [17] Selon une réalisation, la machine électrique comportant un stator fixe et un rotor mobile par rapport au véhicule, le procédé comporte les étapes suivantes : déterminer un signal d'information traduisant une utilisation des moyens de freinage du véhicule, déterminer une valeur des frottements subits par le rotor de la machine électrique, élaborer un signal de blocage lorsque la valeur des frottements est supérieure à une valeur seuil et que le signal d'information ne traduit aucune utilisation des moyens de io freinage. [18] Selon une réalisation, le procédé comporte les étapes suivantes : calibrer une valeur seuil du couple de la machine électrique, lorsque la valeur du couple de la machine électrique est supérieure à la valeur seuil et que la valeur de couple demandée par l'utilisateur est supérieure à la valeur du is couple de saturation, démarrer le moteur thermique lorsque l'on détecte un signal de blocage correspondant au blocage du rotor de la machine électrique. [19] Selon une réalisation, le procédé comporte les étapes suivantes : lorsque le moteur thermique est démarré et que la valeur de couple 20 demandée par l'utilisateur est supérieure à une valeur de couple appliquée aux roues du véhicule, augmenter progressivement le couple du moteur thermique, lorsque la valeur de couple demandée par l'utilisateur correspond à la valeur de couple appliquée aux roues du véhicule, stabiliser le couple du moteur thermique. 25 [020] Selon une réalisation, le signal de blocage correspond à une situation de vie pour laquelle le véhicule est en contact avec un trottoir. [21] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un véhicule muni d'une machine électrique et d'un moteur thermiques aptes à réaliser la traction du véhicule, le véhicule est caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un 30 procédé de gestion du démarrage du moteur thermique. [22] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [024] Figure 1 : une représentation schématique d'un véhicule hybride selon un mode de réalisation de l'invention ; [025] Figure 2 : des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération et du couple de la machine électrique en fonction du temps lors d'une première mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; Io [026] Figure 3 : des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération et du couple total en fonction du temps lors d'une seconde mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [27] Figure 4 : des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération et du couple de la machine électrique en fonction du is temps lors d'une troisième mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [28] Les Figures ne sont pas à l'échelle et les éléments identiques, similaires ou analogues, conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [29] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE 20 L'INVENTION [30] La Figure 1 montre un véhicule 25 hybride sur lequel l'invention peut être utilisée comportant un train avant 26 et un train arrière 27 indépendants mécaniquement l'un de l'autre. [31] Un groupe moto-propulseur 30 classique assure la traction du train 25 avant 26 du véhicule 25. Plus précisément, ce groupe 30 comporte un moteur 31 thermique en relation avec une boîte de vitesses manuelle 32 pilotée par l'intermédiaire d'un embrayage 33 classique par exemple un embrayage à garniture sec ou humide. Cette boîte de vitesses 32 est reliée au train avant 26 par l'intermédiaire d'une descente de pont (non représentée). En variante, le groupe moto-propulseur 30 pourrait comporter une boîte de vitesses 32 automatique. [032] Par ailleurs, le moteur thermique 31 est couplé à un système de démarrage indépendant 35 permettant de mettre en oeuvre des démarrages rapides du moteur thermique 31. Ce type de système de démarrage permet de mettre en place un système d'économie d'énergie dit « Start and Stop ». Le système « Start and Stop » est un procédé d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique 31 en fonction des situations de vie du véhicule 25. Io [033] En outre, une machine électrique 37 assure la traction du train arrière 27 du véhicule. A cet effet, la machine 37 est reliée au train arrière 27 par l'intermédiaire d'un embrayage 42 et d'un ensemble 43 de démultiplication. Cet embrayage 42 prend par exemple la forme d'un crabot, tandis que l'ensemble 43 de démultiplication est à rapport unique, même s'il 15 pourrait en variante présenter plusieurs rapports. [34] La machine électrique 37 est reliée à une batterie 39 haute tension par l'intermédiaire d'un onduleur 40 capable de hacher la tension continue de la batterie 39 pour alimenter la machine électrique 37 et réaliser la traction des roues 29 du véhicule 25. Lorsque la machine électrique 37 fonctionne en 20 mode générateur pour recharger la batterie 39, l'onduleur 40 est capable de transformer la tension alternative produite par la machine 39 en tension continue appliquée sur les bornes de la batterie 39. [35] De préférence, le véhicule 25 est équipé d'un système 45 de régulation de freinage classique de type ESP ou ABS permettant de gérer les 25 efforts de freinage en cas de freinage d'urgence, afin d'assurer le contrôle de la trajectoire du véhicule et/ou d'éviter le blocage des roues 29. [36] Le véhicule 25 possède un mode de fonctionnement pour lequel seule la machine électrique 37 est utilisée pour mouvoir le véhicule 25. Ce mode de fonctionnement est dit ZEV pour « Zero-Emissions Vehicle » en 30 anglais. [37] Le couple et la puissance de la machine électrique 37 utilisée pour la traction sont inférieurs au couple et à la puissance totale du véhicule 25. Il en résulte généralement que, dans certaines situations, lors des roulages en mode ZEV, la machine électrique 37 seule n'est pas suffisante pour assurer la traction du véhicule 25. Il est alors nécessaire de démarrer le moteur thermique 31 pour fournir le couple demandé par l'utilisateur aux roues 29 du véhicule 25. [38] A cet effet, le véhicule 25 est muni d'un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique 31. Le procédé comporte les étapes io suivantes : - déterminer une valeur d'un couple de saturation 50 traduisant l'effort maximum que peut fournir la machine électrique 37, - mesurer une valeur d'un couple demandée par l'utilisateur 51 du véhicule 25 en fonction de la position d'une pédale d'accélération, 15 - déterminer une valeur d'un couple de transition 53 supérieure à la valeur du couple de saturation 50 et - démarrer le moteur thermique 31 lorsque la valeur du couple demandée par l'utilisateur 51 dépasse la valeur du couple de transition 53. [42] La Figure 2 illustre ce procédé de gestion du démarrage du moteur 20 thermique 31 avec des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération (traits discontinus) et du couple de la machine électrique 37 (trait pointillés) en fonction du temps. Avant l'instant tO la position de la pédale d'accélération n'est pas enfoncée et la machine électrique 37 ne fourni donc aucun couple. A l'instant tO, l'utilisateur appuie 25 47 sur la pédale d'accélération. A l'instant t2, la pression de l'utilisateur sur la pédale est constante 48 jusqu'à l'instant t3 à partir duquel la pression décroit 49 jusqu'à l'instant t5. [43] Le couple de la machine électrique 37 tend à suivre le couple demandé par l'utilisateur 51 par l'intermédiaire de la pédale d'accélération.

30 Cependant, à l'instant t1 le couple de la machine électrique atteint une valeur du couple de saturation 50. Dans l'exemple de la Figure 2 le moteur thermique 31 n'est pas démarré puisque le couple demandé par l'utilisateur ne dépasse pas la valeur du couple de transition 53. Il existe donc une bande morte 52 entre le couple demandée par l'utilisateur 51 et le couple réel qui est fourni aux roues 29 du véhicule 25. A l'instant t4, le couple demandé par l'utilisateur 51 ayant diminué, le couple de la machine électrique 37 peut suivre le couple demandé par l'utilisateur 51. [041] Cette invention permet de conserver une course pédale acceptable sans démarrage intempestif. Le fonctionnement du véhicule 25 hybride est alors comparable à celui d'un véhicule électrique. Cette invention est particulièrement intéressante pour les véhicules hybrides de type plug-in où il est nécessaire de ne pas démarrer le moteur thermique 31 avant d'avoir io atteint une position élevée de la pédale d'accélération. La position élevée de la pédale d'accélération peut aller jusqu'au point dur pour certaines contraintes d'homologation. [42] Par ailleurs, la montée de trottoir est une situation de vie fréquemment rencontrée en environnement urbain. Dans cette situation de is vie, l'utilisateur positionne son véhicule 25 avec une ou deux roues 29 contre le trottoir à franchir, puis accélère jusqu'à ce que le véhicule 25 franchisse le trottoir. La dosabilité est particulièrement importante dans cette situation pour éviter que le véhicule 25 ne fasse un « bond en avant » une fois le trottoir franchi. On entend par dosabilité, la réponse du véhicule 25 au couple 20 demandé par l'utilisateur 51. [43] La Figure 3 montre le phénomène de « bond en avant » avec des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération (traits discontinus) et du couple total (trait pointillés) en fonction du temps. Dans le cas de la Figure 3, l'utilisateur du véhicule 25 impose une plus forte 25 contrainte sur la pédale d'accélération que sur la Figure 2. [44] Ainsi à l'instant t2, le couple demandé par l'utilisateur 51 dépasse le couple de transition 53. Le moteur thermique 31 est alors démarré à l'instant t3 après un temps de latence entre les instants t2 et t3. Le véhicule passe alors d'une phase 57 de traction en mode ZEV à une phase 58 de 30 traction en mode hybride. A l'instant t4, le couple total suit le couple demandé par l'utilisateur 51. [045] Entre les instants t3 et t4, il y a une augmentation 55 brutal du couple total. Cette accélération brutale du véhicule 25 est préjudiciable dans certaines conditions de vie du véhicule 25, notamment lors de la montée d'un trottoir. [046] Afin de limiter l'augmentation du couple total lors de la montée d'un trottoir, le véhicule 25 est muni d'un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique 31. Le procédé comporte les étapes suivantes : - déterminer un signal d'information traduisant une utilisation des moyens de freinage du véhicule 25, io - déterminer une valeur des frottements subits par le rotor de la machine électrique 37, - élaborer un signal de blocage lorsque la valeur des frottements est supérieure à une valeur seuil et que le signal d'information ne traduit aucune utilisation des moyens de freinage, 15 - calibrer une valeur seuil 62 du couple de la machine électrique 37, - lorsque la valeur du couple de la machine électrique 37 est supérieure à la valeur seuil 62 et que la valeur de couple demandé par l'utilisateur 51 est supérieure à la valeur du couple de saturation 50, démarrer le moteur thermique 31 lorsque l'on détecte un signal de blocage 20 correspondant au blocage du rotor de la machine électrique 37. [47] Ce procédé est illustré sur la Figure 4 avec des courbes montrant l'évolution de la position de la pédale d'accélération, du couple total et du déplacement du véhicule 25 en fonction du temps. A l'instant t0, le véhicule 25 se déplace et se positionne dans une situation de montée de trottoir.

25 Ainsi, entre les instants t11 et t12, les roues 29 du véhicule 25 sont bloquées contre le trottoir et le procédé de démarrage du moteur thermique permet de franchir le trottoir après l'instant t12. [48] Entre les instants t11 et t12, le procédé élabore un signal de blocage non nul correspondant à un blocage du rotor de la machine 30 électrique 37. A l'instant tM, dès que le couple demandé par l'utilisateur 51 est supérieur au couple de saturation 50, le moteur thermique 31 est démarré et le couple appliqué aux roues 29 par le moteur thermique 31 augmente progressivement pour rejoindre la volonté de l'utilisateur. [049] Ce procédé permet une amélioration notable de l'agrément de conduite et de la sécurité lors d'une situation de montée de trottoir. De plus, elle permet de réduire les contraintes appliquées à la machine électrique 37 de traction et donc d'améliorer sa durée de vie.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de gestion du démarrage du moteur thermique (31) d'un véhicule (25) hybride muni d'une machine électrique (37) et d'un moteur thermique (31) aptes à réaliser la traction du véhicule (25), - le véhicule (25) comportant un mode de traction ZEV pour lequel la traction est réalisée uniquement avec la machine électrique (37), caractérisé en ce que, lorsque le véhicule (25) est dans le mode de traction ZEV, le procédé comporte les étapes suivantes : io - déterminer une valeur d'un couple de saturation (50) traduisant l'effort maximum que peut fournir la machine électrique (37), - mesurer une valeur d'un couple demandée par l'utilisateur (51) du véhicule (25) en fonction de la position d'une pédale d'accélération, - déterminer une valeur d'un couple de transition (53) supérieure à la is valeur du couple de saturation (50) et - démarrer le moteur thermique (31) lorsque la valeur du couple demandée par l'utilisateur (51) dépasse la valeur du couple de transition (53). 20
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la machine électrique (37) comportant un stator fixe et un rotor mobile par rapport au véhicule, le procédé comporte les étapes suivantes : - déterminer un signal d'information traduisant une utilisation des moyens de freinage du véhicule (25), 25 - déterminer une valeur des frottements subits par le rotor de la machine électrique (37), - élaborer un signal de blocage lorsque la valeur des frottements est supérieure à une valeur seuil et que le signal d'information ne traduit aucune utilisation des moyens de freinage. 30
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - calibrer une valeur seuil (62) du couple de la machine électrique (37), - lorsque la valeur du couple de la machine électrique (37) est 35 supérieure à la valeur seuil (62) et que la valeur de couple demandée parl'utilisateur (51) est supérieure à la valeur du couple de saturation (50), démarrer le moteur thermique (31) lorsque l'on détecte un signal de blocage correspondant au blocage du rotor de la machine électrique (37).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - lorsque le moteur thermique (31) est démarré et que la valeur de couple demandée par l'utilisateur (51) est supérieure à une valeur de couple appliquée aux roues (29) du véhicule (25), augmenter progressivement le io couple du moteur thermique (31), - lorsque la valeur de couple demandée par l'utilisateur (51) correspond à la valeur de couple appliquée aux roues (29) du véhicule (25), stabiliser le couple du moteur thermique (31). 15
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de blocage correspond à une situation de vie pour laquelle le véhicule (25) est en contact avec un trottoir.
6. Véhicule (25) muni d'une machine électrique (37) et d'un moteur 20 thermiques (31) aptes à réaliser la traction du véhicule (25) caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé de gestion du démarrage du moteur thermique (31) selon l'une des revendications 1 à 5.