FR2986485A1

FR2986485A1 - Procede et systeme de gestion semi-automatisee d'une traction hybride

Info

Publication number: FR2986485A1
Application number: FR1251188A
Authority: FR
Inventors: Mathias Galvin; Frederic Poil
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-09
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: FR2986485B1; WO2013117844A1

Abstract

Procédé de gestion d'une chaîne (1) de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur (6) thermique, d'un moteur (15) électrique, d'au moins un train (4) roulant moteur, d'une boîte (8) de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne (1) de traction, ce procédé comportant une phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique, qui comprend les opérations suivantes : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport correspondant au mode de traction électrique, détection d'un actionnement de la commande d'embrayage ; détection d'un déplacement de la commande de boîte vers un rapport correspondant au mode de traction thermique ; accouplement du moteur (6) thermique au train (4) roulant ; transfert de la commande d'accélérateur au moteur (6) thermique.

Description

Procédé et système de gestion semi-automatisée d'une traction hybride L'invention a trait au domaine de l'automobile, et plus précisément à la traction hybride électrique/thermique des véhicules automobiles.

La traction hybride électrique/thermique tend à se généraliser chez les constructeurs automobiles, grâce aux gains réalisés en termes de consommation et d'émissions de gaz. Une traction hybride fonctionne généralement grâce à un système de stockage d'énergie, par exemple du type à volant d'inertie, cf. par ex. le document EP 0 175 124.

La grande majorité des véhicules à traction hybride sont équipés d'une transmission automatisée. Dans ces véhicules, la transition du mode de traction thermique au mode de traction électrique est pilotée de manière entièrement automatique par un système de gestion intégrant divers paramètres tels que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur et la vitesse de roulage, la traction thermique et la traction électrique étant cumulables afin de disposer du meilleur couple, notamment lors de régimes transitoires (typiquement lors de fortes accélérations). Ces véhicules présentent toutefois l'inconvénient d'une certaine placidité, liée à leur mode de transmission. Ce n'est que très récemment qu'est apparu sur le marché un véhicule à traction hybride équipé d'une transmission à commande manuelle de boîte de vitesses. Cette solution offre une plus grande souplesse de conduite qu'une boîte automatique, puisque le conducteur peut sélectionner son rapport de boîte, comme dans un véhicule à traction purement thermique. Qu'ils soient manuels ou automatiques, les systèmes connus ont pour principal inconvénient de ne pas laisser au conducteur l'opportunité de sélectionner le mode de traction (électrique ou 30 thermique). Un premier objectif de l'invention est de permettre au conducteur de choisir le mode de traction. Un deuxième objectif de l'invention est de favoriser les gains de consommation. 35 Un troisième objectif est de favoriser une réduction des émissions. Il est par conséquent proposé, en premier lieu, un procédé de gestion d'une chaîne de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, d'un moteur électrique, d'au moins un train roulant moteur, d'une boîte de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne de traction, ce procédé comportant une phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique comprenant les opérations suivantes : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport correspondant au mode de traction électrique, détection d'un actionnement de la commande d'embrayage ; détection d'un déplacement de la commande de boîte vers un rapport correspondant au mode de traction thermique ; accouplement mécanique du moteur thermique au train roulant ; transfert de la commande d'accélérateur au moteur thermique.

Diverses opérations supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : une opération de démarrage du moteur thermique, faisant suite à la détection d'un actionnement de la commande d'embrayage ; une opération de désaccouplement du moteur électrique du train roulant, concomitante ou faisant suite à l'accouplement du moteur thermique au train roulant ; une opération d'arrêt du moteur électrique, concomitante ou faisant à l'accouplement du moteur thermique au train roulant ; une phase de transition inverse d'un mode de traction thermique à un mode de traction électrique, cette phase inverse comprenant les opérations suivantes : o à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport correspondant au mode de traction thermique, détection d'un déplacement de la commande de boîte vers le rapport correspondant au mode de traction électrique ; o accouplement du moteur électrique au train roulant ; o transfert de la commande d'accélérateur au moteur électrique. une opération de démarrage du moteur électrique, faisant suite à la détection du déplacement de la commande de boîte vers le rapport correspondant au mode de traction électrique ; une opération de désaccouplement du moteur thermique du train roulant, concomitante ou faisant suite à l'accouplement du moteur électrique au train roulant ; une opération d'arrêt du moteur thermique, concomitante ou faisant suite à l'accouplement du moteur thermique au train roulant. Il est proposé, en deuxième lieu, un système de gestion d'une chaîne de traction hybride électrique/thermique d'un véhicule automobile équipé d'au moins un train roulant moteur, d'une boîte de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne de traction, ce système comportant des instructions pour la mise en oeuvre des opérations d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile équipé d'une chaîne de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle, d'au moins un train roulant moteur, d'une boîte de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne de traction, et d'un tel système de gestion de la chaîne de traction. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode préféré de réalisation, faite ci- après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma illustrant une chaîne de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile, selon une première architecture à train roulant moteur unique ; on a représenté en trait double les liaisons mécaniques entre composants, et en trait simple les liaisons électriques ; la figure 2 est un schéma illustrant une chaîne de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile, selon une seconde architecture à deux trains roulants moteurs ; on a représenté en trait double les liaisons mécaniques entre composants, et en trait simple les liaisons électriques ; la figure 3 est un schéma synoptique illustrant différentes étapes d'une phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique ; la figure 4 est un schéma synoptique illustrant différentes étapes d'une phase de transition inverse d'un mode de traction thermique à un mode de traction électrique ; la figure 5 est une vue schématique d'une commande manuelle de boîte de vitesses pour une chaîne de traction telle que représentée sur la figure 1 ou la figure 2 ; la figure 6 est une série de graphes superposés illustrant respectivement, pour une phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique : o sur le premier graphe, la position des commandes d'accélérateur (en trait plein) et d'embrayage (en trait mixte), o sur le deuxième graphe, la position de la commande manuelle de boîte, o sur le troisième graphe, le couple offert respectivement par le moteur électrique (en trait plein) et par le moteur thermique (en trait mixte) ; la figure 7 est une série de graphes superposés similaires à ceux de la figure 6, pour une phase de transition inverse d'un mode de traction thermique à un mode de traction électrique.

Sur la figure 1 est schématiquement représentée une chaîne 1 de traction hybride électrique/thermique d'un véhicule automobile, notamment un véhicule particulier de type berline. Cette chaîne 1 de traction comprend un groupe 2 motopropulseur électrique et un groupe 3 motopropulseur thermique associés en 25 configuration parallèle autorisant non seulement une utilisation alternative de chaque groupe, mais également une utilisation conjointe des groupes dans laquelle leurs puissances motrices s'additionnent. Le véhicule comprend au moins un train 4 roulant moteur auquel est couplée la chaîne 1 de traction. 30 Dans une première architecture, illustrée sur la figure 1, le véhicule comprend unique un train 4 roulant moteur auquel sont couplés les deux groupes 2, 3 motopropulseurs par l'intermédiaire d'un bloc 5 d'accouplement auquel sont raccordés des arbres de sortie respectifs du groupe 2 électrique et du groupe 3 thermique. 35 Dans une deuxième architecture, illustrée sur la figure 2, le véhicule comprend deux trains 4, 4' roulants moteurs : un premier train 4 roulant (par exemple arrière) auquel est couplé le groupe 2 électrique, et un second train roulant 4' (par exemple avant) auquel est couplé le groupe 3 thermique. Comme cela est illustré sur les figures 1 et 2, le groupe 3 thermique comprend : un moteur 6 thermique (à combustion interne, notamment à essence ou diesel) relié à une commande d'accélérateur par pédale, un embrayage 7 à commande par pédale monté en sortie du moteur 6 thermique, une boîte 8 de vitesses à commande manuelle par levier de vitesses, Le groupe 2 électrique comprend, quant à lui : un alterno-démarreur 9 à haute tension accouplé au moteur 6 thermique par liaison mécanique, ayant une double fonction : premièrement, récupérer une énergie électrique issue du travail du moteur 6 thermique en phase de freinage et de décélération en vue de la stocker ; deuxièmement, fournir au moteur 6 thermique un couple d'appoint en phase d'accélération, - un dispositif 10 de stockage de courant (batterie) à haute tension raccordé électriquement à l'alterno-démarreur 9, ayant pour fonction de stocker temporairement le courant électrique reçu du moteur 6 thermique par l'alterno-démarreur 9, un convertisseur 11 de tension de type DC/DC (continu/continu) fonctionnant en diviseur, raccordé électriquement au dispositif 10 de stockage à haute tension, et alimentant en basse tension un réseau électrique 12 de bord du véhicule via une batterie 13 à basse tension ; un onduleur 14 DC/AC (continu/alternatif) raccordé électriquement au dispositif 10 de stockage à haute tension et transformant le courant continu issu de celui-ci en courant alternatif ; un moteur 15 électrique raccordé électriquement à l'onduleur et recevant de celui-ci un courant alternatif nécessaire à son fonctionnement, le moteur 15 transformant ce courant en travail mécanique par rotation d'un arbre 16 de sortie, un réducteur 17 accouplé mécaniquement au moteur 15 électrique et ayant pour fonction de réduire la vitesse de rotation de l'arbre 16 de sortie ; un embrayage 18 (ou un crabot) accouplé mécaniquement au réducteur 17. Dans l'architecture à train roulant moteur unique, la boîte 8 de vitesse du groupe 3 thermique et l'embrayage 18 (ou le crabot) du groupe 2 électrique sont tous deux accouplés mécaniquement au bloc 5 d'accouplement en entrée de celui-ci, le bloc 5 étant accouplé mécaniquement en sortie au train 4 moteur, et plus précisément à un différentiel 19 du train 4 moteur. Dans l'architecture à double train 4, 4' roulant moteur, la boîte 8 de vitesse du groupe 3 thermique est directement accouplée mécaniquement au premier train 4 roulant moteur (via un différentiel 19), et l'embrayage 18 (ou le crabot) du groupe 2 électrique est directement accouplé mécaniquement au second train roulant moteur (via un différentiel). Comme illustré sur les figures 1 et 2, la chaîne 1 de traction est pilotée par un système 20 de gestion (en pratique sous forme d'un calculateur) apte à analyser des signaux issus de capteurs de position de la commande d'embrayage (capteur d'embrayage), de la commande d'accélérateur (capteur d'accélérateur) et de la commande de boîte (capteur de boîte). On a représenté schématiquement la commande de boîte sur la figure 5 : outre des rapports mécaniques associés au fonctionnement du moteur thermique (en l'espèce sept, dont six rapports M1 à M6 de marche avant et un rapport MA de marche arrière), la commande de boîte comprend un rapport E complémentaire « électrique » associé au fonctionnement du moteur 15 électrique.

Le calculateur 20 est par ailleurs relié à l'alterno-démarreur 9, au moteur 15 électrique et au moteur 6 thermique dont il commande l'action en fonction des signaux reçus des capteurs, selon des instructions programmées dans une mémoire du calculateur 20 et correspondant à un procédé de gestion de la chaîne 1 de traction.

Ce procédé de gestion comprend deux phases de transition, à savoir : une première phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique, une deuxième phase de transition inverse du mode de traction thermique au mode de traction électrique.

La première phase de transition, illustrée sur les figures 3 et 6, comprend : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur le rapport E « électrique », une opération 100 de détection d'un actionnement de la commande d'embrayage, au moyen du capteur d'embrayage ; l'actionnement de la commande d'embrayage, matérialisé par la courbe en trait mixte sur le premier graphe de la figure 6, est généralement concomitant à un relâcher de la commande d'accélérateur (en trait plein sur le même graphe) ; si le moteur 6 thermique est à l'arrêt, une opération 200 de démarrage du moteur 6 thermique via l'alterno-démarreur 9 puisant son énergie électrique dans le dispositif 10 de stockage à haute tension, comme représenté par la courbe en trait mixte sur le troisième graphe de la figure 6 ; une opération 300 de détection d'un déplacement de la commande de boîte depuis le rapport E « électrique » vers un rapport M correspondant au mode de traction thermique (via le neutre, noté N), au moyen du capteur de boîte, comme illustré sur le deuxième graphe de la figure 6 ; une opération 400 accouplement mécanique du moteur 6 thermique au train 4 roulant ; une opération 500 de transfert de la commande d'accélérateur au moteur 6 thermique. Comme cela est visible sur le troisième graphe de la figure 6, dès la détection d'un actionnement de la commande d'embrayage, le moteur 15 électrique est progressivement arrêté (opération 210), son couple diminuant de manière exponentielle jusqu'à une valeur nulle. Dans l'architecture à train roulant moteur unique de la figure 2, cet arrêt du moteur 6 électrique peut être précédé, doublé ou suivi d'une opération 220 de désaccouplement du moteur 15 électrique du train 4 roulant via le bloc d'accouplement.

Pendant la phase de débrayage (matérialisée sur le premier graphe de la figure 6 par le sommet de la courbe en trait mixte), les couples utiles du moteur 6 thermique et du moteur 15 électrique sont tous deux nuls. Puis, au fur et à mesure du relâchement de la commande d'embrayage (et de l'enfoncement de la commande d'accélérateur), le moteur 6 thermique est progressivement accouplé au train 4 moteur, comme l'indique la pente en trait mixte sur le troisième graphe de la figure 6. La deuxième phase de transition comprend : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport M correspondant au mode de traction thermique, une opération 600 de détection d'un déplacement de la commande de boîte vers le rapport E électrique via le neutre N, matérialisé sur le premier graphe de la figure 7 par la courbe en trait mixte, si le moteur 15 électrique est à l'arrêt, une opération 700 démarrage du moteur 15 électrique dès l'engagement du rapport E électrique de boîte (deuxième graphe de la figure 7), le couple généré par celui-ci croissant de manière exponentielle jusqu'à atteindre sa valeur utile, comme illustré en trait plein sur le troisième graphe de la figure 7, une opération 800 d'accouplement du moteur 15 électrique au train 4, 4' roulant ; une opération 900 de transfert de la commande d'accélérateur au moteur 15 électrique.

Comme cela est visible sur le troisième graphe de la figure 7, dès la détection d'un actionnement de la commande d'embrayage, le moteur 6 thermique est progressivement arrêté (opération 710), son couple diminuant de manière exponentielle jusqu'à une valeur nulle. Dans l'architecture à train roulant moteur unique de la figure 2, cet arrêt du moteur 6 thermique peut être précédé, doublé ou suivi d'une opération 720 de désaccouplement du moteur 15 électrique du train 4 roulant via le bloc 5 d'accouplement. Pendant la phase de débrayage (matérialisée sur le premier graphe de la figure 7 par le sommet de la courbe en trait mixte), les couples utiles du moteur 6 thermique et du moteur 15 électrique sont tous deux nuls. Puis, au fur et à mesure du relâchement de la commande d'embrayage (et de l'enfoncement de la commande d'accélérateur), le moteur 1 5 électrique est progressivement accouplé au train 4 moteur, comme l'indique la pente en trait mixte sur le troisième graphe de la figure 7.

Il résulte des principes décrits ci-dessus les avantages suivants. Premièrement, il est possible d'équiper un véhicule hybride d'une commande de boîte manuelle permettant au conducteur de sélectionner lui-même le mode de traction qu'il souhaite privilégier. Ainsi, la sélection du rapport « électrique » permet de privilégier la traction électrique, celle-ci pouvant même être du type « tout électrique ». En laissant ainsi le choix au conducteur de changer à tout instant de groupe moto-propulseur, la gestion semi-automatisée décrite ci-dessus peut permettre de réaliser de substantielles réductions de consommation ou d'émissions.

Deuxièmement, la gestion décrite précédemment permet d'opérer une transition en douceur d'un mode électrique vers un mode thermique, et vice-versa, malgré le caractère manuel de la commande de boîte.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'une chaîne (1) de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur (6) thermique, d'un moteur (15) électrique, d'au moins un train (4, 4') roulant moteur, d'une boîte (8) de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne (1) de traction, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une phase de transition d'un mode de traction électrique à un mode de traction thermique, comprenant les opérations suivantes : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport correspondant au mode de traction électrique, détection d'un actionnement de la commande d'embrayage ; détection d'un déplacement de la commande de boîte vers un rapport correspondant au mode de traction thermique ; accouplement mécanique du moteur (6) thermique au train (4, 4') roulant ; transfert de la commande d'accélérateur au moteur (6) thermique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de démarrage du moteur (6) thermique.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de désaccouplement du moteur (15) électrique du train (4, 4') roulant.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une opération d'arrêt du moteur (15) électrique.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une phase de transition inverse d'un mode de traction thermique à un mode de traction électrique, comprenant les opérations suivantes : à partir d'une position initiale de la commande de boîte sur un rapport correspondant au mode de traction thermique, détection d'un déplacement de la commande de boîte vers le rapport correspondant au mode de traction électrique ; - accouplement du moteur (15) électrique au train (4, 4') roulant ; transfert de la commande d'accélérateur au moteur (15) électrique.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de démarrage du moteur (15) électrique.
7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de désaccouplement du moteur (6) thermique du train (4, 4') roulant.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une opération d'arrêt du moteur (6) thermique.
9. Système (20) de gestion d'une chaîne (1) de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, d'un moteur électrique, d'au moins un train (4, 4') roulant moteur, d'une boîte (8) de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne (1) de traction, ce système étant caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour la mise en oeuvre des opérations d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.
10. Véhicule automobile équipé d'une chaîne (1) de traction hybride électrique/thermique en configuration parallèle, d'un moteur (6) thermique, d'un moteur (15) électrique, d'au moins un train (4, 4') roulant moteur, d'une boîte (8) de vitesses à commande manuelle, d'une commande d'accélérateur et d'une commande d'embrayage couplés à la chaîne (1) de traction, caractérisé en ce qu'il est en outre équipé d'un système (20) de gestion de la chaîne (1) de traction selon la revendication 9.25