FR3015140A1

FR3015140A1 - Procede de commande pour un vehicule automobile a motorisation electrique

Info

Publication number: FR3015140A1
Application number: FR1362931A
Authority: FR
Inventors: Marco Marsilia; Cedric Chantrel
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-19
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: FR3015140B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande pour un véhicule automobile comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie, lors d'une phase de freinage récupératif au cours de laquelle un couple de freinage récupératif est appliqué aux roues par l'action de ladite machine électrique fournissant une puissance électrique permettant de recharger la batterie, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de détermination d'une puissance électrique maximale absorbable par la batterie (Puiss_Elec_Max_Gen) et d'une puissance électrique courante absorbée par la batterie (Puiss_Elec_Reelle) et d'activation d'une limitation du couple de freinage récupératif fourni par ladite machine électrique lorsque la puissance électrique courante absorbée par la batterie dépasse la puissance électrique maximale absorbable, ladite limitation étant réalisée suivant une régulation en boucle fermée du couple dans laquelle la consigne de régulation est définie en fonction de la puissance électrique maximale absorbable par la batterie.

Description

Procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation électrique La présente invention concerne un procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation électrique, par exemple un véhicule électrique et/ou hybride, du type comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie. Sur un véhicule électrique, il est possible, sous certaines conditions, d'utiliser le ou les moteurs d'entraînement électrique comme générateur(s) et d'obtenir ainsi un moyen de freinage électrique. Une telle utilisation est avantageuse car, régénérative, elle permet de récupérer une partie de l'énergie cinétique et de la transformer en énergie électrique, afin de recharger la batterie. Cependant, sous certaines conditions, la puissance susceptible d'être absorbée par la batterie est limitée. C'est le cas notamment lorsque la batterie est complètement ou quasiment chargée, lorsqu'elle est froide ou chaude, lorsqu'elle est vieille, etc. Dans ces conditions, afin de ne pas détruire ou détériorer la batterie, il est souhaitable d'imposer une limitation du couple de freinage, ou couple récupératif, fourni par chaque machine électrique d'entraînement lors d'une phase de freinage récupératif du véhicule, activée typiquement lorsque le conducteur relève le pied de la pédale d'accélérateur et/ou lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein. On connaît du document de brevet WO 2008/093687 un procédé de limitation des pertes énergétiques dans la machine électrique afin de maximiser l'autonomie de roulage. Ce procédé est basé sur des cartographies qui donnent des valeurs de pertes en fonction du couple et de la vitesse de rotation de la machine électrique. Ainsi, les points de fonctionnement de la machine électrique sont cantonnés dans un domaine de bon rendement de celle-ci. On connaît également du document EP1224092 une méthode de répartition de puissance entre deux machines électriques d'une chaîne de traction. Toutefois, cette méthode n'est pas conçue pour permettre de respecter la contrainte imposée par la batterie en termes de puissance maximale que cette dernière peut absorber.

La demande de brevet français de numéro de dépôt FR1355671 propose une stratégie de limitation préventive pouvant être mise en oeuvre pour limiter le couple avant que la puissance électrique absorbée par la batterie dépasse la puissance autorisée. Ce type de stratégie est basé sur des estimations et est par conséquent peu précise dans la mesure où elle peut conduire à une sous- estimation ou à une sur-estimation du couple récupératif maximal susceptible d'être appliqué. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de commande palliant les inconvénients précédemment évoqués en conditions de fonctionnement où les machines électriques fournissent un couple récupératif. En particulier, un but de l'invention est de proposer un procédé de commande permettant de réaliser une limitation optimisée du couple récupératif de chacune des machines électriques d'un véhicule électrique ou hybride.

A cette fin, l'invention concerne un procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule, lors d'une phase de freinage récupératif au cours de laquelle un couple de freinage récupératif est appliqué aux roues par l'action de ladite au moins une machine électrique jouant un rôle de générateur pour fournir une puissance électrique permettant de recharger la batterie, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination d'une puissance électrique maximale absorbable par la batterie ; - détermination de la puissance électrique courante absorbée par la batterie ; - activation d'une limitation du couple de freinage récupératif fourni par ladite au moins une machine électrique lorsque la puissance électrique courante absorbée par la batterie dépasse la puissance électrique maximale absorbable, ladite limitation étant réalisée suivant une régulation en boucle fermée du couple dans laquelle la consigne de régulation est définie en fonction de la puissance électrique maximale absorbable par la batterie.

Grâce à cette stratégie de régulation en boucle fermée, on parvient à limiter le couple récupératif réalisé par chaque machine électrique de façon optimale, c'est-à-dire à la valeur exacte permettant de respecter la contrainte imposée par la batterie, ce qui permet ainsi de réduire en boucle fermée la puissance absorbée par la batterie jusqu'à ce que celle-ci ne dépasse plus la puissance maximale que la batterie peut absorber. Les solutions de l'art antérieur exposées plus haut impliquent, au contraire de l'invention, une sur-limitation du couple pour tenir compte des conditions de fonctionnement dites « pire cas » (zone couple/régime de chaque machine, température extérieure, vieillissement des composants). On notera à cet égard que le procédé de l'invention concerne une stratégie de limitation de type « curatif », dans la mesure où la limitation en boucle fermée est activée uniquement dans le cas où la puissance électrique absorbée par la batterie dépasse la puissance maximale que cette dernière peut absorber et ce, par opposition aux stratégies de limitation déjà connues de type préventif, par nature moins précises car basées sur des estimations et visant à limiter le couple avant que la puissance électrique absorbée par la batterie dépasse la puissance maximale autorisée. En outre, cette stratégie de limitation en boucle fermée permet avantageusement d'assurer en toute circonstance une erreur statique nulle de la puissance électrique récupérée par la batterie. Dit autrement, cela signifie que, après une phase transitoire de la régulation dont la durée peut être réglée, la puissance électrique réelle absorbée par la batterie ne dépassera pas la valeur maximale qui peut être acceptée par la batterie. Contrairement aux solutions de l'art antérieur exposées plus haut, ceci reste vrai malgré toutes les imprécisions d'estimation des paramètres physiques de la chaîne cinématique (pertes mécaniques, puissance d'autres consommateurs tels que compresseurs de climatisation, etc.). La mise en oeuvre du procédé de l'invention est également moins gourmande en charge CPU car, contrairement aux solutions de l'art antérieur exposées plus haut, le procédé de l'invention n'utilise pas d'estimations complexes de paramètres physiques (souvent fonction de plusieurs variables). Selon un mode de réalisation préféré, le procédé est prévu pour s'appliquer pour un véhicule disposant d'une première et d'une seconde machines électriques d'entraînement des roues reliées à ladite batterie, ladite étape d'activation consistant alors à réaliser une double régulation en boucle fermée respectivement du couple de freinage récupératif fourni par la première machine électrique et du couple de freinage récupératif fourni par la seconde machine électrique, tandis que la gain de régulation du couple pour une machine électrique est réglé en fonction du couple fourni à chaque instant de régulation par l'autre machine électrique. La double régulation en boucle fermée permet d'optimiser la répartition de la limitation du couple sur les deux machines, la dynamique de régulation du 10 couple pour une machine étant avantageusement optimisée notamment en fonction du couple réalisé à chaque instant par l'autre machine. Avantageusement, le gain de régulation du couple pour chaque machine électrique peut encore être réglé en fonction du point de fonctionnement couple/vitesse de ladite machine électrique à chaque instant de régulation. 15 Avantageusement, le gain de régulation du couple pour chaque machine électrique peut aussi être réglé en fonction de la fonction de transfert entre le couple de ladite machine électrique et la puissance électrique fournie. Préférentiellement, le procédé peut comprendre une étape d'estimation en temps réel des variations de la fonction de transfert entre le couple et la 20 puissance électrique fournie pour chaque machine électrique, ladite estimation étant utilisée pour optimiser en temps réel le réglage du gain de régulation du couple pour chaque machine électrique. Il est en outre proposé un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer les étapes du procédé décrit ci-dessus lorsque 25 ce programme est exécuté par un processeur. Le procédé de détection décrit ci-dessus peut ainsi être mis en oeuvre par des moyens numériques de traitement, par exemple un microprocesseur, un microcontrôleur ou autre. Il est en outre proposé un dispositif de commande pour un véhicule 30 automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels pour la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'invention.

Il est en outre proposé un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule et un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention selon un mode de réalisation préféré ; - la Figure 2 est un graphique illustrant un exemple de résultat obtenu par la stratégie de limitation selon l'invention. Le mode de réalisation du procédé et du dispositif de commande selon l'invention qui va être décrit ci-après, s'applique à un véhicule à motorisation électrique ou hybride alimenté par une batterie et disposant de deux machines électriques d'entraînement des roues reliées à la batterie du véhicule. On comprendra par la suite que le procédé de l'invention peut toutefois être aisément adapté au cas d'un véhicule électrique ou hybride disposant d'une seule machine électrique. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le dispositif de commande 10 comprend un premier module 11 de limitation du couple de freinage récupératif fourni par la première machine électrique et un second module 12 de limitation du couple de freinage récupératif fourni par la seconde machine électrique. Chacun de ces modules est conçu pour exécuter une étape de limitation du couple fourni par une machine respective, Limitation_Couple_machinel et Limitation_Couple_Machine2, de façon à déterminer un signal, respectivement Couple_Min_machine_1 et Couple_Min_Machine_2, de limitation du couple fourni par la machine électrique, permettant de déterminer le couple générateur maximal qu'on autorise à la machine pour respecter la puissance électrique maximale que la batterie peut absorber.

On va décrire plus en détail le fonctionnement du premier module 11 de limitation du couple fourni par la première machine électrique. Comme représenté sur la figure 1, ce premier module 11 permet de générer le signal Couple_Min_Machine_1 à partir de sept signaux d'entrée.

Les différents signaux d'entrée sont : - le signal Consigne_Couple_Mach1, qui représente la consigne de couple qu'on demande de réaliser à la première machine électrique, avant limitation par le signal Couple_Min_Machine_1. Ce signal peut par exemple être généré en fonction de la position d'un organe de commande d'accélérateur et/ou de freinage, comme une pédale. Par convention, on considère que la consigne de couple est négative lorsque la machine électrique travaille en générateur. Aussi, le signal Couple_Min_Machine_1 est un signal négatif ou nul, qui limite par le bas la consigne de couple Consigne_Couple_Mach1 que la première machine électrique doit réaliser. - le signal Regime_moteur_1, qui fournit le régime (vitesse de rotation) de la première machine électrique. - le signal Puiss_Elec_Max_Gen, qui représente la puissance électrique maximale que la batterie peut absorber, dite puissance électrique maximale absorbable. - le signal Puiss_Elec_Reelle, qui représente la puissance électrique courante réellement absorbée par la batterie. - le signal Machinel_Active, qui est un signal booléen, qui prend par exemple la valeur 1 pendant les phases de roulage du véhicule où la première machine électrique est active et où elle peut donc réaliser un couple en mode moteur ou générateur, et la valeur 0 dans le cas contraire. - le signal Machine2_Active, qui est l'équivalent du signal machinel_active pour la seconde machine électrique. - le signal Couple_Min_Machine_2, qui est le signal de sortie du module 12, correspondant au couple récupératif maximal qu'on autorise à la seconde machine pour respecter la puissance maximale que la batterie peut absorber.

Le module 11 gère donc l'activation et la désactivation d'une régulation en boucle fermée du couple de freinage récupératif fourni par la première machine électrique, visant à asservir la puissance électrique absorbée par la batterie lorsque celle-ci dépasse la puissance maximale que la batterie peut absorber. Ainsi, l'activation de la limitation en boucle fermée dépend de la comparaison entre les signaux Puiss_Elec_Max_Gen et Puiss_Elec_Reelle, de sorte que la limitation via la régulation en boucle fermée est active uniquement lorsque la puissance électrique courante absorbée par la batterie Puiss_Elec_Reelle devient supérieure à la puissance maximale absorbable la batterie Puiss_Elec_Max_Gen. On génère pour ce faire un signal Delta_Puiss représentant la différence entre la puissance maximale absorbable par la batterie et la puissance électrique courante absorbée par la batterie : Delta_Puiss = Puiss_Elec_Max_Gen - Puiss_Elec_Reelle Lorsque ce signal devient négatif, c'est-à-dire lorsque la puissance électrique absorbée par la batterie dépasse la puissance maximale absorbable, un signal logique Reduct_Couple_NonNec passe par exemple de la valeur 1 à la valeur 0, commandant l'activation de la limitation suivant la régulation en boucle fermée.

Ensuite, la régulation en boucle fermée est désactivée (signal logique Reduct_Couple_NonNec passant de la valeur 0 à la valeur 1) lorsque le signal Delta_Puiss redevient positif et, préférentiellement, supérieur à une valeur de calibration positive Seuil_fin_de_limitation. Cette valeur de calibration positive permet ainsi de désactiver la régulation en boucle fermée lorsque la puissance électrique courante absorbée par la batterie Puiss_Elec_Reelle est redevenue suffisamment inférieure à la puissance maximale absorbable. Le module 11 produit en sortie le signal Couple_Min_Machine_1 qui représente, comme vu précédemment, la valeur de couple récupératif maximum issue de la régulation en boucle fermée, qui limite la consigne de couple de la première machine électrique, de façon à asservir la puissance électrique absorbée par la batterie à la valeur de consigne de régulation définie en fonction de la puissance maximale absorbable par la batterie, correspondant préférentiellement à Puiss Elec Max Gen- _ _ _ Seuil_fin_de_limitation. Ce signal Couple_Min_Machine_1 est obtenu de la façon suivante : Couple _Min _Machine _1- Pu Avec le signal Puiss_meca_Gen_Max_Machl qui représente la puissance 5 mécanique maximale en mode générateur de la première machine électrique. Ce signal est obtenu de la façon suivante : Puiss _Meca _Gen _Max _Machl= {x, si Reset _ Integrateu r =1 f (Gain _Mach1(t)x Delta _ Puiss (t)) dt si Reset _ Integrateu r = 0 L'intégration étant réalisée lorsque le signal Reset_Integrateur=0 est lo saturée à 0 par le bas. Avec, dans l'équation qui précède : - Delta _Puas = (Puiss _ Elec _Max _ Gen - Puiss _ Elec _ Reelle) Gain _Machl_2Machines si (Machinel_ Active =1 AND Machine 2_ Active =1 AND - Gain _Machl= Couple _Min _Machine _ 2 < 0) Gain _MachlSeule sinon 15 Gain_Machl_2Machines et Gain_Machl_seule étant deux paramètres de réglage positifs avec, de préférence : Gain_Machl_Seule Gain_Machl_2Machines. Consigne_ Couple _Machlx Regime _Moteur _ 1 lors d'un front descendant du signal Reset_Inti. rateur; P MaxMeca Gen le reste du temps P_Max_Meca_Gen étant un paramètre qui correspond à la puissance 20 mécanique maximale que la machine est apte à réaliser en mode générateur en condition nominale. Reset Integrateur = Reduct Couple NonNec=1 OR Machine] Active = 0 Le gain Gain_Machl du régulateur de type intégrateur mettant en oeuvre 25 la régulation est variable. En particulier, il vaut : - Gain_Machl_Seule lorsque seule la première machine contribue à la variation de la puissance électrique absorbée par la batterie ; c'est le cas par exemple lorsque la seconde machine ss _Meca _Gen _Max _Machl Regime _Moteur _1 x0 = n'est pas active (Machine2_Active=0) ou que son couple récupératif en mode générateur ne peut plus être réduit (Couple_Min_Machine_2=0) ; Gain_Mach1_2Machines lorsque la première machine et la seconde machine contribuent ensemble à la variation de la puissance électrique absorbée par la batterie. Les deux paramètres de réglage Gain_Mach1_Seule et Gain_Mach1_2Machines permettent donc de régler la dynamique de la régulation en boucle fermée. Pour garder une dynamique comparable de la diminution de la puissance absorbée par la batterie, il souhaitable de régler ces paramètres tels que : Gain_Mach1_Seule Gain_Mach1_2Machines. Lors du début de la limitation, c'est-à-dire lors d'un front descendant du signal Reset_Integrateur, la sortie de l'intégrateur est mise instantanément à la valeur de la puissance mécanique effectivement réalisée par la première machine électrique à cet instant. Ceci permet d'obtenir une réponse immédiate de la première machine électrique lors du dépassement de la puissance électrique maximale absorbable par la batterie. A noter que si l'on dispose d'une estimation en temps réel des variations de la fonction de transfert couple/puissance électrique de chaque machine électrique (estimation basée par exemple sur le changement de rapport de réduction, sur la température, le vieillissement,...), cette variable peut être utilisée pour optimiser en temps réel les gains Gain_Mach1 et Gain_Mach2 et donc la dynamique de la régulation. De son côté, le module 12 calcule le signal Consigne_Couple_Mach2, qui limite le couple récupératif réalisé par la seconde machine électrique en mode générateur dans le cas où cette dernière est active et que la puissance électrique courante réellement absorbée par la batterie (Puiss_Elec_Reelle) dépasse la puissance maximale absorbable par la batterie Puiss_Elec_Max_Gen. Cette limitation est réalisée suivant une régulation en boucle fermée de façon parfaitement similaire à celle qui vient d'être décrite en référence au module 11 de limitation du couple de la première machine électrique.

La stratégie de limitation qui vient d'être décrite, basée sur une double régulation en boucle fermée dans le cas d'un véhicule électrique ou hybride disposant de deux machines électrique, pourra toutefois être aisément adaptée au cas d'un véhicule électrique ou hybride disposant d'une seule machine électrique. Pour cela, il suffit de figer à 0 la valeur du signal d'entrée Machine2_Active. La figure 2 illustre un exemple de résultat obtenu par l'application de la stratégie de limitation selon l'invention basée sur une double régulation en boucle fermée. Le graphique du haut sur la figure 2 illustre l'évolution en fonction du temps des signaux Puiss_Elec_Reelle et Puiss_Elec_Max_Gen et le graphique du bas illustre l'évolution des signaux Consigne_Couple_Mach1, Consigne_Couple_Mach2 (signaux d'entrée des modules de limitation) et Couple_Min_Machine_1 et Couple_Min_Machine2 (signaux de sortie des modules de limitation). Ainsi, on remarque : - Pour t < 2: les deux machines électriques fonctionnent en mode générateur et leur couple n'est pas limité (Consigne_Couple_Mach1 > Couple_Min_Machine_1 et Consigne_Couple_Mach2 Couple_Min_Machine_2). - Pour 2 t < 6.5 : - la puissance électrique courant absorbée par la batterie Puiss_Elec_Reelle est supérieure à la puissance maximale absorbable par cette dernière Puiss_Elec_Max_Gen ; - A t=2, qui correspond à l'instant de début de la limitation, le signal Couple_Min_Machine_1 prend instantanément la valeur du signal Consigne_Couple_Mach1 et le signal Couple_Min_Machine_2 prend instantanément la valeur du signal Consigne_Couple_Mach2 ; - Pour 2 < t < 6.5, les couples des première et seconde machines électriques sont limités en boucle fermée avec des dynamiques différentes (la dynamique de régulation pour chacune des deux machines étant réglée en fonction notamment de la fonction de transfert entre le couple de la machine et la puissance électrique fournie, sachant que cette fonction de transfert est fonction des caractéristiques physiques de chaque machine, de son « positionnement » dans l'architecture du véhicule, etc.). Il résulte de cette limitation basée sur une double régulation en boucle fermée que la puissance absorbée par la batterie Puiss_Elec_Reelle décroit et s'approche progressivement de la puissance maximale absorbable Puiss_Elec_Max_Gen. - Pour t 6.5 : le couple de la première machine électrique ne peut plus être réduit ultérieurement (Couple_Min_Machine_1=0), de sorte que la seconde machine électrique reste la seule à pouvoir faire varier la puissance électrique absorbée par la batterie. Le gain de la régulation du couple de la seconde machine électrique passe alors de la valeur Gain_Mach2_2Machines à la valeur supérieure de gain Gain_Mach2_Seule. On peut alors observer sur la figure 2 l'augmentation de la dynamique de variation du signal Couple_Min_Machine_2, correspondant à ce changement de gain de régulation.20

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule, lors d'une phase de freinage récupératif au cours de laquelle un couple de freinage récupératif est appliqué aux roues par l'action de ladite au moins une machine électrique jouant un rôle de générateur pour fournir une puissance électrique permettant de recharger la batterie, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - détermination d'une puissance électrique maximale absorbable par la batterie (Puiss_Elec_Max_Gen) ; - détermination de la puissance électrique courante absorbée par la batterie (Puiss_Elec_Reelle) ; - activation d'une limitation (Limitation_Couple_Machinel ; Limitation_Couple_Machine2) du couple de freinage récupératif fourni par ladite au moins une machine électrique lorsque la puissance électrique courante absorbée par la batterie dépasse la puissance électrique maximale absorbable, ladite limitation étant réalisée suivant une régulation en boucle fermée du couple dans laquelle la consigne de régulation est définie en fonction de la puissance électrique maximale absorbable par la batterie.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'applique pour un véhicule disposant d'une première et d'une seconde machines électriques d'entraînement des roues reliées à ladite batterie et en ce que ladite étape d'activation consiste à réaliser une double régulation en boucle fermée respectivement du couple de freinage récupératif fourni par la première machine électrique (Couple_Min_Machine_1) et du couple de freinage récupératif fourni par la seconde machine électrique (Couple_Min_Machine_2), tandis que la gain de régulation du couple pour une machine électrique est réglé en fonction du couple fourni à chaque instant de régulation par l'autre machine électrique.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gain de régulation du couple pour chaque machineélectrique est réglé en fonction du point de fonctionnement couple/vitesse de ladite machine électrique à chaque instant.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gain de régulation du couple pour chaque machine électrique est réglé en fonction de la fonction de transfert entre le couple de ladite machine électrique et la puissance électrique fournie.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'estimation en temps réel des variations de la fonction de transfert entre le couple et la puissance électrique fournie pour chaque machine électrique, ladite estimation étant utilisée pour optimiser en temps réel le réglage du gain de régulation du couple pour chaque machine électrique.
6. Dispositif de commande (10) pour un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels pour la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Véhicule automobile à motorisation électrique comprenant au moins une machine électrique d'entraînement des roues reliée à une batterie du véhicule et un dispositif de commande (10) selon la revendication 6.25