FR3005003A1 - Procede regenerateur d'energie d'un groupe motopropulseur de vehicule hybride - Google Patents

Procede regenerateur d'energie d'un groupe motopropulseur de vehicule hybride Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé régénératif d'énergie de véhicule hybride permettant d'améliorer la quantité d'énergie pouvant être récupérée lors de l'intervention d'un assistant électronique de trajectoire. Lorsqu'un moyen de freinage récupératif (MELAR) est contraint par une commande de couple émanant d'un assistant électronique de trajectoire, le procédé permet de commander un deuxième moyen de freinage récupératif (MELAV) pour récupérer la variation de couple de freinage. L'invention s'applique aux véhicules hybrides disposant au moins de deux moyens de freinage récupératif.

Description

PROCEDE REGENERATEUR D'ENERGIE D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VEHICULE HYBRIDE Le domaine de l'invention concerne un groupe motopropulseur de véhicule hybride et plus particulièrement un procédé régénérateur d'énergie d'un véhicule hybride. Le développement des véhicules hybrides s'est accru pour proposer des véhicules peu consommateur d'énergie fossile et peu polluant. Un groupe motopropulseur de véhicule hybride comprend au moins deux sources distinctes de fourniture de couple aux roues. Les plus répandus comprennent un moteur thermique ainsi qu'une machine électrique pour transmettre un couple de traction aux roues du véhicule. En l'occurrence, une machine électrique offre la possibilité de récupérer l'énergie cinétique du véhicule lors des phases de décélération en exploitant la machine électrique comme un générateur. La machine électrique est alors utilisée comme un moyen de freinage régénérateur d'énergie. A cette finalité, le groupe motopropulseur comprend également des moyens de stockage d'énergie électrique pouvant être rechargés par le générateur lors de ces phases de freinage récupératif. Par ailleurs, le groupe motopropulseur est piloté par un superviseur appliquant, dans le but de diminuer la consommation d'énergie fossile, des stratégies de distribution de l'énergie thermique et électrique pour la génération de couple en fonction de divers paramètres de roulage (vitesse du véhicule, rapport de vitesse engagé de la boite de vitesse, niveau de quantité d'énergie présent dans la batterie). Le superviseur dispose également de stratégie de récupération d'énergie pour que, lors des phases de freinage récupératif, la machine électrique soit pilotée par une commande de couple de freinage régénérateur.
Les lois de répartition et de récupération d'énergie d'un véhicule hybride sont essentielles pour optimiser la gestion de l'énergie du véhicule. En particulier, on recherche à activer les phases de régénération à chaque instant de perte d'énergie cinétique et ainsi convertir le maximum des pertes en énergie électrique. On connait le brevet français FR2955533 décrivant un procédé de répartition de couple entre le train avant et le train arrière d'un véhicule hybride ayant pour but de minimiser la consommation du véhicule dans les phases d'accélération. Selon la solution proposée dans ce document, la distance parcourue sans activer une fonction de régulation de freinage modifie la répartition du couple demandé pour aller d'une première répartition de couple optimale en termes de motricité vers une deuxième répartition de couple dégradée dans laquelle le train associé au moteur thermique transmet plus de couple que dans la première répartition. Cette loi de répartition de couple ne s'applique pas lors aux phases de récupération d'énergie et n'est pas 20 dépendante de la quantité de couple limitée par le système électronique de stabilité. Par ailleurs, les véhicules hybrides disposent de deux types de moyen de freinage. Un premier type est le freinage hydraulique opéré par des freins hydrauliques au niveau des 25 roues du véhicule. Un deuxième type est le freinage récupératif opéré par le moteur électrique lors des phases de freinage récupératif. Il est commun que ces véhicules comprennent également des fonctions d'assistance au freinage coordonnant ces deux types de freinage de manière à améliorer 30 sa stabilité en empêchant le blocage et le patinage des roues. Des fonctions de calcul de trajectoires participent également l'amélioration de la stabilité. Un système électronique de stabilité du groupe motopropulseur couplé au superviseur rassemble ces fonctions d'assistance au roulage. Cependant, lors des phases de freinage récupératif le système électronique de stabilité peut être amené à venir contraindre le couple de récupération d'énergie par la machine électrique, si ce dernier est fortement négatif et dépasse la limite d'adhérence d'une des roues de l'essieu en question. Il en résulte une diminution de la quantité d'énergie récupérable par la machine électrique.
Il existe donc un besoin d'améliorer la récupération d'énergie d'un véhicule hybride, notamment lorsque qu'un système électronique de stabilité limite la quantité de couple pouvant être récupérée par la machine électrique. Plus précisément, l'invention concerne un procédé régénérateur d'énergie d'un groupe motopropulseur de véhicule hybride comprenant des premier et deuxième moyens de motorisation aptes à recevoir des commandes de couple de freinage régénérateur et des moyens d'assistance au roulage apte à transmettre une commande de couple correcteur. Le procédé comporte les étapes successives suivantes : - une étape de commande du premier moyen de motorisation pour générer un premier couple de freinage régénérateur, - une étape de commande du premier moyen de 25 motorisation pour générer un couple correcteur consécutivement à la transmission de la commande de couple correcteur par les moyens d'assistance au roulage. Avantageusement, il comprend en outre, une étape de commande du deuxième moyen de motorisation pour générer un 30 deuxième couple de freinage de sorte à compenser la variation du premier couple de freinage régénérateur consécutive à la réception de la commande de couple correcteur. De préférence, tout ou partie de la variation du premier couple de freinage régénérateur est compensé par la 5 génération du deuxième couple de freinage. Selon une variante de réalisation, les premier et deuxième moyens de motorisation sont des machines électriques. Selon une variante, le procédé comprend une étape de filtrage du deuxième couple de freinage durant la transmission 10 du couple correcteur pour améliorer l'agrément de couple du deuxième moyen de motorisation. Selon une variante, le moyen d'assistance au roulage est un calculateur de trajectoire émettant des commandes de couple correcteur calculées au moins à partir de données 15 issues d'un ou plusieurs capteurs d'état du véhicule, par exemple capteur de rotation des roues, capteur d'angle du volant du véhicule et capteur d'angle de rotation du véhicule. Selon une variante, les commandes de couple de freinage régénérateur proviennent d'un organe de supervision du groupe 20 motopropulseur calculées à partir d'au moins une consigne conducteur du véhicule. De préférence, l'étape de commande du deuxième moyen de motorisation pour générer un deuxième couple de freinage est annulée dès lors que le moyen d'assistance au roulage n'émet 25 plus de commande de couple correcteur. Dans une variante du procédé, le couple correcteur est supérieur au premier couple de freinage régénératif, la valeur des couples étant exprimée dans le référentiel des roues du véhicule et la variation de la quantité d'énergie régénérée par le premier moyen de motorisation étant alors diminuée suite à la transmission de la commande de couple correcteur. Selon une variante de l'invention, la commande de couple correcteur est maîtresse au regard de la première 5 commande de couple de freinage. L'invention permet d'augmenter la quantité d'énergie régénérée lors des phases de roulage du véhicule et en particulier lorsque les commandes de régénération sont limitées par un dispositif électronique externe de type 10 calculateur de trajectoire et assistant au roulage. La quantité d'énergie supplémentaire récupérée est proportionnelle à la variation de régénération consécutive à la commande de correction issue du calculateur de trajectoire. D'autres caractéristiques et avantages de la présente 15 invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation de 20 véhicule hybride comprenant un moteur thermique et des machines électriques pouvant fonctionner comme des générateurs électriques. - la figure 2 est un organigramme des fonctions de répartition de couple entre les moyens de motorisation et un 25 système électronique d'assistance au roulage pour un véhicule hybride. La figure 1 représente un mode de réalisation d'un groupe motopropulseur de véhicule hybride apte à mettre en oeuvre le procédé régénérateur d'énergie selon l'invention. Ce 30 groupe motopropulseur est dit hybride car il comprend un train avant TRAV pouvant être tracté par un moteur thermique MTH et une machine électrique secondaire MELAV et un train arrière TRAR pouvant être tracté par une machine électrique principale MELAR. En variante, d'autres combinaisons de moyens de motorisation sont possibles, comme par exemple un groupe motopropulseur disposant d'un moteur à air comprimé ou un groupe motopropulseur tout électrique. Le moteur thermique MTH génère un couple d'entrainement pour le train avant TRAV sur réception d'une commande de couple. Le train avant TRAV est associé également à une boite de vitesse BT permettant d'adapter le couple en sortie du moteur aux exigences de couple aux roues. La machine électrique principale MELAR génère un couple d'entrainement pour le train arrière TRAR sur réception d'une commande de couple. La machine électrique principale MELAR peut ce suffire à elle même pour tracter le véhicule, il s'agit alors d'un mode tout électrique, ou assiste le moteur thermique pour la traction du véhicule, il s'agit alors d'un mode de traction hybride. Par ailleurs, en phase de décélération (décélération en pied levé ou freinage par une consigne conducteur issue de la pédale de frein) la machine électrique principale MELAR peut opérer en générateur pour fonctionner comme un moyen de freinage récupératif d'énergie. Sur réception d'une commande de couple de freinage récupératif, la machine électrique génère de l'énergie issue du train arrière pouvant être conservée dans un moyen de stockage d'énergie. La machine électrique secondaire MELAV est attelée au moteur thermique MTH, celle-ci pouvant être entraînée par le moteur thermique MTH afin de générer de l'énergie électrique.
La machine électrique MELAV fonctionne alors comme un générateur afin de transmettre une quantité d'énergie électrique à divers équipements électroniques. La machine électrique MEL peut également fournir du couple au train avant TRAV sur réception d'une commande de couple, agissant donc comme un moteur électrique, plus généralement dans des phases ponctuelles de roulage, par exemple au démarrage ou pour 5 assister brièvement le moteur thermique MTH. De même que pour la machine électrique principale MELAR la machine électrique secondaire MELAV peut opérer en générateur pour fonctionner comme un moyen de freinage récupératif d'énergie. Sur réception d'une commande de couple de freinage récupératif, la 10 machine électrique génère de l'énergie issue du train avant pouvant être conservée dans un moyen de stockage d'énergie. Dans le mode de réalisation représenté en figure 1, le groupe motopropulseur comprend un premier accumulateur d'énergie BATHT faisant partie d'un réseau haute tension du 15 véhicule et est relié à un onduleur OND et un convertisseur de tension CONV permettant de convertir un courant alternatif issu des machines électriques principale et secondaire en tension continue. Ce premier accumulateur d'énergie BATHT peut alimenter en énergie la machine électrique principale MELAR 20 afin que celle-ci génère un couple d'entrainement pour le train arrière TRAR. Cet accumulateur d'énergie peut être rechargé par la machine électrique principale MELAR et/ou la machine électrique secondaire MELAV. Des lois de récupération d'énergie définissent les situations de roulage de 25 rechargement de l'accumulateur et les moyens de régénération utilisés dans ces situations. L'accumulateur peut être une batterie de technologie de type nickel ou lithium-ion par exemple. Le convertisseur de tension CONV alimente un réseau de 30 basse tension, par exemple de 12 Volt. Ce réseau est un réseau basse tension sur lequel les équipements de bord de l'habitacle sont alimentés, équipements électroniques du groupe motopropulseurs, les calculateurs du véhicule ainsi qu'un deuxième accumulateur d'énergie basse tension BATBT. Il est bien entendu que d'autres équipements peuvent être connectés à ce réseau de tension. L'accumulateur BATBT permet d'emmagasiner de l'énergie pour alimenter les équipements du réseau. L'onduleur OND permet de relier les accumulateurs de tension aux machines électriques MELAR et MELAV. Il permet ainsi de recharger les accumulateurs d'énergie BATHT et BATBT a partir de l'énergie produite lors des phases de décélération régénérative. Le véhicule automobile comprend également des moyens de freinage hydrauliques F permettant de freiner par friction. Chacune des roues est équipée de tels moyens de freinage. De préférence, les stratégies de récupération d'énergie du groupe motopropulseur privilégient l'utilisation des moyens de récupération de l'énergie, cependant en cas de freinage intense il peut être nécessaire d'utiliser également les freins hydrauliques. En outre, le groupe motopropulseur comprend des fonctions d'assistance électronique de stabilité et de freinage du véhicule pour être mise en oeuvre par exemple par un calculateur de trajectoire 25 représenté en figure 2. Le calculateur de trajectoire élabore des calculs de trajectoire et des commandes de couple ou commande de freinage associées mais peut également uniquement calculer des commandes de couple de freinage en réponse à des données de roulage. Ces moyens d'assistance permettent de transmettre des commandes aux moyens de freinage hydraulique F et aux moyens de freinage régénératif MELAV, MELAR en vue d'adapter le freinage en fonction de données issues de divers exemple capteur d'enfoncement de pédale de frein capteurs, par et capteur de pression pour mesurer l'intensité de freinage. Les stratégies de commande permettent de déterminer les commandes de freinage ou les commandes de couple à transmettre respectivement aux freins hydrauliques F et aux moteurs électriques MELAR et MELAV.
En variante si une machine électrique comporte des moyens de freinage additionnels, le calculateur de trajectoire peut commander ceux-ci. Il est primordial que le groupe motopropulseur comprenne également un superviseur SUP électronique intelligent afin de coordonner les éléments du véhicule décrits précédemment pour la mise en oeuvre des stratégies de gestion d'énergie lors du roulage du véhicule. Ce superviseur peut être un circuit intégré pouvant être constitué de un ou plusieurs calculateurs selon la stratégie de décentralisation de l'intelligence. Par exemple, des calculs spécifiques à un composant peuvent être exécutés au niveau du composant même. On comprend donc que le superviseur ne se limite pas à un unique composant de calcul mais peut être un ou plusieurs calculateurs du système. Plus précisément, le superviseur réalise les calculs de commande du moteur MTH et des machines électriques MELAR et MELAV. Il s'agit notamment des calculs des commandes de couple. Le superviseur SUP peut communiquer des données de roulage avec le calculateur de trajectoire 25 pour élaborer certaines commandes de couple à transmettre aux moyens de motorisation. Les fonctions réalisées par le superviseur SUP peuvent être les suivantes : - une fonction d'interface de la volonté du conducteur permettant de récolter les informations du véhicule. Cette 30 fonction permet de transmettre les données du véhicule au superviseur SUP, - une fonction de traduction de la volonté d'accélérer du conducteur en une consigne de couple roue. Le superviseur calcule le couple de roue nécessaire pour réaliser l'instruction du conducteur, - une fonction de calcul des limitations organiques, plus précisément de couple, des équipements de la motorisation, et en particulier le moteur thermique MTH et les machines électriques MELAR, MELAV, - une fonction de calcul du couple de chaque organe pour fournir le couple roue que désire le conducteur et de répartition des couples entre les différents fournisseurs de couple. Cette fonction est détaillée dans la figure 2 qui sera décrite par la suite, - une fonction de transmission d'une consigne de couple 15 vers le moteur thermique MTH, - une fonction de transmission d'une consigne de couple vers la machine électrique secondaire MELAV et d'une consigne de couple vers la machine électrique principale MELAR. Les consignes de couples à destination du moteur 20 thermique MTH et des machines électriques dépendent de la volonté du conducteur, du mode de motorisation du véhicule (sportif, auto, tout électrique etc..) et de données de statut des équipements électroniques dont l'alimentation dépend du groupe motopropulseur, notamment le niveau de la quantité 25 d'énergie des batteries. La figure 2 représente un organigramme de la fonction de répartition des commandes de couples aux moyens de motorisation. Les couples sont exprimés dans le référentiel roue du véhicule. On définit par couple positif le couple 30 généré par le moteur thermique ou la machine électrique et transmis aux roues pour tracter le véhicule pour l'avancement du véhicule et par couple négatif le couple généré par le moteur thermique ou la machine électrique lors des mouvements qui s'opposent à l'avancement du véhicule. La répartition des commandes de couple à destination 5 des moyens de motorisation du groupe motopropulseur calculées a partir des consignes conducteurs Ccond issue de l'interface véhicule 21 est dans un premier temps opérée entre les moyens de motorisation avant et les moyens de motorisation arrière par un répartiteur de couple avant/arrière 22. A partir d'une 10 consigne conducteur Ccond, le répartiteur 22 détermine une commande de couple avant Cav envoyée à un répartiteur de couple avant 23 et/ou une commande de couple arrière Car à un coordinateur de couple arrière 24. Ces commandes sont calculées au moins à partir de données issues des consignes 15 Ccond émanant du conducteur du véhicule. Le répartiteur de couple avant 23 détermine une commande de couple moteur Cmth à destination du moteur thermique MTH et/ou une commande de couple moteur Cmelav à destination de la machine électrique MELAV.
20 Le coordinateur de couple arrière 24 communique avec le répartiteur de couple avant/arrière 22 et le calculateur de trajectoire du véhicule 25 émettant des commandes de couple correcteur Cmsrar destinées à améliorer la trajectoire du véhicule et calculées à partir notamment de divers capteurs de 25 trajectoire, de vitesse, de rotation du véhicule et d'intensité de freinage. Le coordinateur 24 détermine à partir de la commande de couple issue du répartiteur 22 et du calculateur de trajectoire 25 une commande de couple pour la machine électrique arrière Cmelar.
30 Dans une situation de roulage de décélération nécessitant l'intervention du calculateur de trajectoire 25, la commande de couple correcteur Cmsrar peut être maître au regard de la commande de couple de freinage. Cette commande de couple Cmsrar est supérieure à la commande de couple de freinage récupératif Car répartie pour la machine électrique arrière MELAR, c'est à dire que le calculateur de trajectoire réduit le freinage du véhicule, le coordinateur 24 transmet une commande de couple Cmelar réduisant la quantité d'énergie régénérée. Il y a donc une perte d'énergie régénérée. Dans un tel cas, l'invention propose de transmettre une commande de couple à la machine électrique avant MELAV de sorte à générer un couple de freinage régénérateur supérieur. Ainsi, sur réception de la commande de couple correcteur Cmsrar émanant du calculateur de trajectoire 25, le répartiteur 22 élabore une nouvelle commande de couple Cav de telle sorte que la variation de couple de freinage de la machine électrique arrière MELAR soit compensée par la machine électrique avant MELAV. Le répartiteur 23 chargée d'élaborer la commande de couple Cmelav pour la machine électrique avant MELAV transmet une commande de couple de freinage récupératif augmentant l'énergie récupérée par le moyen de stockage d'énergie BATHT. La nouvelle répartition des commandes de couple entre la machine électrique avant CMELAV et arrière CMELAR pour la régénération d'énergie est opérée tant que la machine électrique arrière MELAR est contrainte par le calculateur de trajectoire 25 et que cette contrainte provoque une variation de la régénération d'énergie au niveau de la machine électrique arrière. En outre, préférentiellement des fonctions de filtrage peuvent être appliquées sur les commandes de couple de freinage de la machine électrique avant MELAV et de la machine électrique arrière afin d'améliorer l'agrément de conduite et éviter une mise en glissement non désirée du train avant. Le couple rejeté par la machine électrique avant issu de l'augmentation de l'intensité du freinage est filtré durant la durée du procédé régénératif tel que décrit précédemment. Le filtre peut être un filtre de premier ordre ou de type permettant le contrôle de la variation du couple. L'invention s'applique à tout type de véhicule hybride disposant d'au moins deux moyens de régénération d'énergie, par exemple des configurations de véhicule à groupe motopropulseur thermique et électrique ou groupe motopropulseur thermique et air comprimé. En variante si les moyens de récupération d'énergie sont distincts des moyens de motorisation, l'invention s'applique plus précisément au contrôle des moyens de récupération d'énergie et aux commandes régulant la récupération d'énergie à leur destination. L'invention ne s'applique pas exclusivement aux moyens de récupération d'énergie de type générateur électrique et des batteries électriques, mais ces derniers peuvent être remplacés par des moyens de compressions d'air et des moyens de stockage d'air comprimés respectivement. Une combinaison à motorisation thermique, électrique, air comprimé est également possible avec des moyens de récupération d'énergie distincts. Si le véhicule dispose de trois ou plus moyens de récupération d'énergie, l'homme du métier peut adapter l'invention pour élaborer une variante de récupération exploitant tout ou partie des moyens de récupération d'énergie.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé régénérateur d'énergie d'un groupe 5 motopropulseur de véhicule hybride comprenant des premier et deuxième moyens de motorisation (MELAR, MELAV) aptes recevoir des commandes de couple de freinage régénérateur (Cmelar, Cmelav) et des moyens d'assistance au roulage (25) apte à transmettre une commande de couple correcteur (Cmsrar), 10 le procédé comportant les étapes successives suivantes: une étape de commande du premier moyen de motorisation (MELAR) pour générer un premier couple de freinage régénérateur, une étape de 15 motorisation (MELAR) pour générer un couple correcteur commande du premier moyen de consécutivement la transmission de la commande de couple correcteur (Cmsrar) par les moyens d'assistance au roulage (25), - le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en 20 outre, une étape de commande du deuxième moyen de motorisation (MELAV) pour générer un deuxième couple de freinage de sorte à compenser la variation du premier couple de freinage régénérateur consécutive à la réception de la commande de couple correcteur (Cmsrar). 25
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel tout ou partie de la variation du premier couple de freinage régénérateur est compensé par la génération du deuxième couple de freinage.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premier et deuxième moyens de motorisation (MELAR, MELAV) sont des machines électriques.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de filtrage du deuxième couple de freinage durant la transmission du couple correcteur pour améliorer l'agrément de couple du deuxième moyen de motorisation (MELAV).
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le moyen d'assistance au roulage (25) est un calculateur de trajectoire émettant des commandes de couple correcteur (Cmsrar) calculées au moins à partir de données issues d'un ou plusieurs capteurs d'état du véhicule, par exemple capteur de rotation des roues, capteur d'angle du volant du véhicule et capteur d'angle de rotation du véhicule.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les commandes de couple de freinage régénérateur (Cmelav,Cmelar) proviennent d'un organe de supervision (22, 23, 24) du groupe motopropulseur calculées à partir d'au moins une consigne conducteur (Ccond) du véhicule.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape de commande du deuxième moyen de motorisation (MELAV) pour générer un deuxième couple de freinage est annulée dès lors que le moyen d'assistance au roulage (25) n'émet plus de commande de couple correcteur (Cmsrar).
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le couple correcteur est supérieur au premier couple de freinage régénératif, la valeur des couples étant exprimée dans le référentiel des roues du véhicule et la variation de la quantité d'énergie régénérée par le premiermoyen de motorisation (MELAR) étant alors diminuée suite à la transmission de la commande de couple correcteur.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la commande de couple correcteur 5 (Cmsrar) est maîtresse au regard de la première commande de couple de freinage (Car).
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