FR3020321A1 - Vehicule automobile comportant une chaine de traction hybride a moteur thermique et dispositif de stockage d'energie, et procede d'utilisation pour le demarrage du moteur thermique - Google Patents

Vehicule automobile comportant une chaine de traction hybride a moteur thermique et dispositif de stockage d'energie, et procede d'utilisation pour le demarrage du moteur thermique Download PDF

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Abstract

Le véhicule automobile comporte un moteur thermique (1) associé à des roues (5) dans une chaine de traction hybride comprenant en outre : un embrayage moteur (3) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable (2), un pont (4) interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie (6) relié en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage (7), et au moteur thermique (1) par l'intermédiaire de l'embrayage moteur (3) assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique 1 et le dispositif de stockage d'énergie (6).

Description

VÉHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UNE CHAÎNE DE TRACTION HYBRIDE À MOTEUR THERMIQUE ET DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ÉNERGIE, ET PROCÉDÉ D'UTILISATION POUR LE DÉMARRAGE DU MOTEUR THERMIQUE La présente invention concerne un véhicule automobile comportant une chaîne de traction hybride à moteur thermique et dispositif de stockage d'énergie, et un procédé d'utilisation pour le démarrage du moteur thermique.
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des véhicules automobile comportant un moteur thermique associé à des roues dans une chaîne de traction hybride comportant: un embrayage (ci-après dénommé embrayage moteur) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable (ci-après dénommé CVT), un pont interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie.
Dans les véhicules existants le dispositif de stockage d'énergie est destiné à être utilisé principalement pour des vitesses élevées du véhicule et il est directement relié au pont du véhicule. La structure de liaison du dispositif de stockage d'énergie est complexe et mal adaptée à une utilisation hybride dans le cadre d'une circulation urbaine. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un véhicule hybride particulièrement adapté à la circulation urbaine, 30 et le procédé d'utilisation correspondant. En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention, un véhicule automobile comportant un moteur thermique associé à des roues dans une chaine de traction hybride comprenant: un embrayage moteur monté 35 entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable, un pont interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie relié en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage (ci-après dénommé embrayage stockage), et au moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage moteur assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie.
Selon une version avantageuse de l'invention, le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie, et les embrayages respectifs, sont reliés en parallèle à l'entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de démarrage d'un moteur thermique associé à des roues dans une chaine de traction hybride comprenant: un embrayage moteur monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable, un pont interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie relié en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage, et au moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage moteur assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie, selon lequel, à partir d'un état dans lequel le moteur thermique est arrêté, l'embrayage moteur est ouvert, le dispositif de stockage d'énergie est en rotation, et l'embrayage stockage est fermé, le procédé comporte les étapes suivantes :fermer l'embrayage moteur avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste 35 nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur. Selon un aspect avantageux de l'invention, la régulation de la vitesse de rotation du moteur thermique est effectuée à partir de la dérivée de la vitesse de 10 rotation donnée par la formule : CPMFMot - CTransmissible (L) Moteur"Mot Dans laquelle, Cmfmot désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur, CTransmissible désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au 15 moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et 'Mot désigne l'inertie du moteur. Par ailleurs, on connaît des chaînes de traction hybride comportant un CVT qui est habituellement piloté à partir du ratio de CVT défini par le rapport entre le 20 couple de sortie et le couple d'entrée du CVT. Un asservissement est réalisé sur le ratio afin que le couple courant à la roue soit égal à un couple de consigne. Un tel asservissement nécessite la connaissance du couple en entrée de CVT. Dans le cas d'un couple fourni par un moteur 25 thermique, le couple en entrée de CVT est déterminé à partir du couple consigne à la roue et de la cartographie de la consommation spécifique du moteur thermique. Lorsque la chaîne de traction hybride comporte en outre un dispositif de stockage d'énergie, tel qu'un volant 30 d'inertie, un organe de stockage d'énergie pneumatique, ou un accumulateur électrique associé à une machine électrique, le couple en entrée de CVT, généré par le dispositif de stockage d'énergie, n'est pas constant en raison des pertes survenant dans le dispositif de stockage de l'énergie. En particulier, dans le cas d'un volant d'inertie, le couple est affecté par les frottements internes au volant d'inertie. La précision du pilotage s'en trouve donc affectée. Selon une mise en oeuvre avantageuse du procédé selon l'invention, le dispositif de transmission à coefficient continûment variable est piloté par comparaison d'une consigne de couple à la roue avec une valeur courante du couple à la roue, et modification du coefficient de transmission en fonction d'un résultat de la comparaison, la valeur courante du couple à la roue étant calculée en utilisant une dérivée par rapport au temps d'un rapport entre une valeur d'entrée et une valeur de sortie d'une variable de calcul du dispositif de transmission à coefficient continûment variable. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, la variable de calcul est la vitesse de rotation, et la valeur courante du couple à la roue est 20 donnée par l'équation : C Roue = FMI CVTr pontRatiOglobal Dans laquelle, Ratioglobal désigne le ratio global de la transmission, T/CVT désigne le rendement du CVT, npont est le rendement du pont, CECVT désigne le couple d'entrée 25 du CVT, donné par l'équation : CECVT-6)ECVT 'Volant Dans laquelle, 'Volant est l'inertie du dispositif de stockage d'énergie, et(:() - ECVT désigne la dérivée de la vitesse d'entrée du CVT, donnée par l'équation : Ratio,(t)Ratio,,,,, EcvTqcvK (d (RatiocvT (0)Ratiapont WECVT (t - 1) - C LD Kt) - CFrei u(.! Transmissible tOtl,,, dt 1 Ratia2 cvT (t)RatIo2 pont 1 Ratiocvr (t)Ratio' pont d (Ratiaci f 7- (0)DT lEniek11740 ,n; Veh. f ECVTqCVT (t)11Porit dt Dans laquelle : t est le temps Ratio= = ratio du CVT Ratiop mu= ratio du pont diECVT 30 IECVT- inertie vue de l'entrée du CVT CLDR= couple relatif à la loi de la route du véhicule, c'est-à-dire, couple résistant résultant de l'état de la route, de la déformation des pneus_ CFreill= couple frein sur la chaine de transmission /veh- inertie du véhicule e,e4rvT- vitesse de rotation en entrée du CVT, et CTransmissibleest le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur thermique.
Selon une version avantageuse de l'invention, la dérivée de ratio de CVT est plafonnée lorsqu'elle atteint une limite supérieure donnée par l'équation : d Ratiocvntax Ratiocumin -dtRatiocumoxi(t) - rt dans laquelle Ratio nnwax est le ratio 15 être atteint pour le CVT, RatiocvTmin est 1 pouvant être atteint pour le CVT, et i maximum pouvant e ratio minimum t est le temps Ratio cvTmin à nécessaire, en secondes, pour passer de Ratio cvTmax BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre préféré non limitatif de l'invention en référence à la figure unique ci-jointe qui est une représentation schématique d'une chaîne de traction 25 hybride mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION En référence à la figure, la chaîne de traction hybride d'un véhicule automobile comporte de façon connue en soi un moteur thermique 1 et la boite de vitesses 30 associée, accouplée à l'entrée d'un CVT 2 par l'intermédiaire d'un embrayage 3 assurant un accouplement avec possibilité de glissement, ci-après désigné embrayage moteur pour souligner sa vocation à permettre de séparer le moteur thermique 1 d'un équipement immédiatement voisin 35 dans la chaîne de traction.
La sortie du CVT 2 est accouplée à un pont 4 pour transmettre un couple de traction aux roues 5 du véhicule. Le CVT 2 est par ailleurs relié à dispositif de stockage d'énergie 6, tel qu'un volant d'inertie, par 5 l'intermédiaire d'un embrayage 7,ci-après dénommé embrayage stockage 7 pour le distinguer de l'embrayage moteur et souligner sa vocation à permettre de séparer le dispositif de stockage d'énergie 6 d'un équipement immédiatement voisin dans la chaîne de traction.
10 Dans le mode de réalisation préféré illustré, le moteur thermique 1 et le dispositif de stockage d'énergie 6, et les embrayages respectifs 3 et 7, sont reliés en parallèle à l'entrée du CVT 2. La chaine de traction comporte en outre une unité 15 de pilotage 8 qui reçoit en entrée une consigne de couple à la roue CriscRoue, et des données spécifiques au véhicule concerné, en particulier des données relatives à des cycles de tests normalisés dénommés WLTC (abréviation de l'anglais Worldwide harmonised Light vehicles Test Cycles) qui sont 20 utilisées dans le procédé selon l'invention pour déterminer de façon connue en soi certaines variables telles que le couple relatif à la loi de route du véhicule, le couple frein_ L'unité de pilotage 8 est reliée en sortie au 25 moteur thermique 1, au CVT 2, à l'embrayage moteur 3, et à l'embrayage stockage 7 pour assurer un pilotage de la chaine de traction comme symbolisé par des flèches doubles sur la figure. En particulier, à partir d'un état dans lequel le 30 moteur thermique 1 est arrêté, l'embrayage moteur 3 est ouvert, le volant d'inertie 6 est en rotation à 2000 tr/mn, et l'embrayage stockage 7 est fermé, l'unité de pilotage sert à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comportant les étapes suivantes :fermer l'embrayage moteur 35 avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique de 400 tr/mn, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur. Le glissement de l'embrayage moteur est de 10 préférence géré à partir de la dérivée de la vitesse de rotation du moteur thermique, donnée par la formule : CPMFMot - CTransmissible (L) Moteur"Mot Dans laquelle, Cmemot désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur, CTransmissible désigne le couple 15 transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et 'Mot désigne l'inertie du moteur. Lorsque la vitesse de rotation du moteur thermique atteint la vitesse nécessaire à la mise en route du moteur 20 thermique, ici 400tr/mn, le couple transmissible est mis à zéro et l'embrayage moteur 3 est ouvert. Selon le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, dans les différentes phases de fonctionnement, la valeur courante du couple à la roue est déterminée à partir d'un 25 système d'équations issues principalement du principe fondamental de la dynamique appliquée en entrée de CVT, et en sortie de pont, ainsi que des relations relatives aux transmissions mécaniques : 30 Ration/7, = coscvT RatiocyT = CECVT = 6)ECVTIECVT WECVT CECVT CSCVT 'ICVT CSCVT CSBV - _ ,,, ( 4 ) Ratiopo 1'/ pont Croue = CSBV + CLDR + CFrein ( 5 ) Croue = 6)rouelVeh (6) R lobal CEcvT(t-1) atiOg cnscRoue(t)liglobal ( 7 ) Dans lesquelles, outre les désignations déjà données ci-dessus, ("),SCVT désigne la vitesse de rotation en sortie du CVT, CET:TT désigne le couple en entrée du CVT,Csmi désigne le couple en sortie de boite de vitesse, CSCVT désigne le couple en sortie du CVT, Croue désigne le couple courant la roue, et)7-mie désigne la dérivée par (1 rapport au temps de la vitesse de rotation de la roue. De ce système d'équations, on extait l'équation de pilotage : R ''9cvT (OR (RatiocpT (0)RatiOpont ECVT - 1) - CLDR(t)- CFrein(t)+CTrans ssibIe 1 R (t)RatiO2 pont 11/ eh - (e), (RatiocvT(t))DT RatiocsiT(I)Ratio'pont I EcyTrICVT (071pont E cVT ,ICVT 'pont ut Qui permet de calculer le couple en entrée du CVT au 20 moyen de l'équation : CEcvr-(i)ECVTIVolant Et par voie de conséquence, le couple courant à la roue donné par l'équation : C Roue = ECVTqCVelpontRatiOglobal 25 Lors de la mise en oeuvre dans la boucle d'asservissement la valeur du terme d, -dt(RatiocvT(t)) d est plafonnée à la valeur -Ratiocuwaxi(t) dt donnée par l'équation d Ration:Tm«, - Ratiocvrmiu -RatiocrTm'xi dt 30 At Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, bien que l'invention illustrée avec une chaine de traction comportant d'inertie 6 et l'embrayage stockage 7 associé, parallèle au moteur thermique 1 et l'embrayage associé, elle peut être mise en oeuvre en reliant thermique en série avec le dispositif de d'énergie. Dans ce cas il conviendra de relier ait été un volant montés en moteur 3 le moteur stockage le moteur thermique au dispositif de stockage d'énergie en amont de 10 celui-ci afin d'assurer un maintien du couple aux roues indépendamment du glissement de l'embrayage moteur. Il est également possible d'utiliser un autre dispositif de stockage d'énergie, tel qu'un dispositif pneumatique ou électrique, en prévoyant des modifications 15 appropriées de l'équation de pilotage.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Véhicule automobile comportant un moteur thermique (1) associé à des roues (5) dans une chaine de traction hybride comprenant: un embrayage moteur (3) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable (2), un pont (4) interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie (6) caractérisé en ce que le dispositif de stockage d'énergie (6) est relié en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage (7) , et au moteur thermique (1) par l'intermédiaire de l'embrayage moteur (3) assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie.
  2. 2. Véhicule automobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur thermique (1) et le dispositif de stockage d'énergie (6), et les embrayages respectifs (2,7) sont reliés en parallèle à l'entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable.
  3. 3. Procédé de démarrage d'un moteur thermique (1)associé à des roues (5) dans une chaine de traction hybride comprenant: un embrayage moteur (3) monté entre le moteur thermique et un dispositif de transmission à coefficient continûment variable (2), un pont (4) interposé entre le dispositif de transmission à coefficient continûment variable et les roues, et un dispositif de stockage d'énergie (6) relié en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable par l'intermédiaire d'un embrayage stockage, et au moteur thermique par l'intermédiaire de l'embrayage moteur assurant un accouplement avec possibilité de glissement entre le moteur thermique et le dispositif de stockage d'énergie, caractérisé en ce qu'à partir d'un état dans lequel le moteur thermique est arrêté,l'embrayage moteur est ouvert, le dispositif de stockage d'énergie est en rotation, et l'embrayage stockage est fermé, le procédé comporte les étapes suivantes :fermer l'embrayage moteur avec glissement de façon à prélever sur le dispositif de stockage d'énergie un couple juste nécessaire pour vaincre les pertes par frottement du moteur thermique et assurer une mise en rotation de celui-ci jusqu'à atteindre une vitesse de rotation de démarrage du moteur thermique, ouvrir l'embrayage moteur, réguler la vitesse de rotation du moteur thermique jusqu'à atteindre une vitesse de rotation du moteur thermique identique à celle du dispositif de stockage d'énergie, et fermer l'embrayage moteur.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la régulation de la vitesse de rotation du moteur thermique est effectuée à partir de la dérivée de la vitesse de rotation donnée par la formule : CPMFMot - CTransmissible (L) Moteur"Mot Dans laquelle, CPMFMot désigne la perte de couple du moteur thermique due aux frottements, selon des données fournies par le constructeur, CTransfili.s.1-iible désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur, du fait du glissement de l'embrayage moteur, et 'Mot désigne l'inertie du moteur.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que pour une vitesse de rotation de 2000 tr/mn du dispositif de stockage d'énergie, la vitesse de rotation de démarrage est fixée à 400 tr/mn.
  6. 6. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif de transmission à coefficient continûment variable est piloté par comparaison d'une consigne de couple à la roue avec une valeur courante du couple à la roue, et modification du coefficient de transmission en fonction d'un résultat de la comparaison, la valeurcourante du couple à la roue étant calculée en utilisant une dérivée par rapport au temps d'un rapport entre une valeur d'entrée et une valeur de sortie d'une variable de calcul du dispositif de transmission à coefficient continûment variable.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la variable de calcul est la vitesse de rotation en entrée du dispositif de transmission à coefficient continûment variable (CVT) dont la dérivée est donnée par l'équation : Ratioc,,To d RatiocvT (0)Ratiop0nteOECVT(t - 1) - CLD R(t) - CFrein(t) + CTrans sible i.:(Yr7Ict. (1»lpont Ratio2 rvr (t)Ratio2"n t Ratiacyr (t)Ratio2 pont d 1 Ivert t), , (Ratiocvr (0)DT I ECVTelCVT (- - ECVT .^CVT ett dans laquelle :test le temps, du CVT, Ration/7, = ratio du CVT, Ratiopont= ratio du pont, ECVT inertie vue de l'entrée du CVT, CLDR= couple relatif à la loi de la route du véhicule, CFrein = couple frein sur la chaine de transmission,/lieh = inertie du véhicule, wErvT= vitesse de rotation en entrée du CVT, npontest le rendement du pont, CECVT désigne le couple d'entrée du CVT, CTranstrible désigne le couple transmissible du dispositif de stockage d'énergie au moteur thermique.
  8. 8 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le terme : (R atiocirT (t)) A une valeur plafonnée à une valeur donnée par l'équation : d Ratiocv,,,,,x-RatiociTmin dt dans laquelle Ratio clinnax est le ratio maximum pouvant être atteint pour le CVT, Rationnwinest le ratio minimum pouvant être atteint pour le CVT, et it est le temps nécessaire, en secondes, pour passer de RatiocvTmin à Ratio CVTMax - E ncin-désigne le rendement cl cit
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