FR3058940A1 - Systeme d’evaluation de l’energie residuelle d’une batterie de vehicule a l’issue d’un parcours - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système d'évaluation (1) de l'autonomie d'un véhicule, comprenant : -un dispositif de prévision (110) pour calculer la quantité d'énergie résiduelle théorique dans la batterie (2) à l'issue du parcours, notamment en fonction d'informations géographiques ; -un dispositif de correction (100) pour : -déterminer la quantité d'énergie électrique instantanée débitée par ladite batterie (2) et la quantité d'énergie électrique résiduelle sur ledit parcours ; -déterminer la position (140) du véhicule sur ledit parcours ; -calculer la quantité d'énergie nécessaire pour terminer ledit parcours jusqu'à la destination, en fonction de la quantité d'énergie électrique instantanée déterminée ; -calculer une quantité corrigée d'énergie résiduelle dans ladite batterie à l'issue du parcours, en fonction de la quantité d'énergie nécessaire calculée ; -générer un signal de commande en cas de différence entre la quantité d'énergie résiduelle corrigée et la quantité d'énergie résiduelle théorique.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : INNOVATION COMPETENCE GROUP.
SYSTEME D EVALUATION DE L'ENERGIE RESIDUELLE D'UNE BATTERIE DE VEHICULE A L'ISSUE D'UN PARCOURS.
FR 3 058 940 - A1 (6/) L'invention concerne un système d'évaluation (1) de l'autonomie d'un véhicule, comprenant:
-un dispositif de prévision (110) pour calculer la quantité d'énergie résiduelle théorique dans la batterie (2) à l'issue du parcours, notamment en fonction d'informations géographiques;
-un dispositif de correction (100) pour:
-déterminer la quantité d'énergie électrique instantanée débitée par ladite batterie (2) et la quantité d'énergie électrique résiduelle sur ledit parcours;
-déterminer la position (140) du véhicule sur ledit parcours;
-calculer la quantité d'énergie nécessaire pour terminer ledit parcours jusqu'à la destination, en fonction de la quantité d'énergie électrique instantanée déterminée;
-calculer une quantité corrigée d'énergie résiduelle dans ladite batterie à l'issue du parcours, en fonction de la quantité d'énergie nécessaire calculée;
-générer un signal de commande en cas de différence entre la quantité d'énergie résiduelle corrigée et la quantité d'énergie résiduelle théorique.
SYSTEME D’EVALUATION DE L’ENERGIE RESIDUELLE D’UNE BATTERIE DE VEHICULE A L’ISSUE D’UN PARCOURS
L’invention concerne les véhicules automobiles dont l'entraînement est assuré par un moteur électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs, et en particulier la gestion de l’autonomie de roulage d’un tel véhicule.
Contrairement aux véhicules hybrides thermique/électrique, les véhicules à traction uniquement électrique présentent une autonomie encore modeste, qu’il s’avère ainsi primordial d’optimiser. Leur rayon d’action est de ce fait limité et l’idée d’être en panne d’énergie constitue un frein au développement et à l’achat de ces véhicules. Par conséquent, la précision de la détermination de l’autonomie est cruciale pour l’utilisation d’un tel véhicule, en particulier lorsque des parcours extra-urbains sont envisagés, la longueur du parcours pouvant se rapprocher de l’autonomie du véhicule.
Les véhicules électriques récents sont équipés de capteurs, de calculateurs et d’afficheurs, permettant de calculer un certain nombre de variables, et de les afficher sur le tableau de bord à l’attention du conducteur. Parmi ces variables, on retrouve par exemple la distance parcourue depuis la dernière remise à zéro du compteur, la distance parcourue depuis la mise en service du véhicule, la distance que l’on peut encore parcourir avant qu’il n’y ait plus d’énergie dans la batterie, la consommation moyenne depuis la mise en service du véhicule ou depuis la dernière recharge, ou la consommation électrique instantanée.
Les calculateurs de prédiction d’autonomie intégrés aux véhicules électriques tiennent compte des paramètres de consommation des parcours précédents, de la température de la batterie de traction, de la température extérieure environnante, de l’utilisation ou non de consommateurs électriques (comme le chauffage ou la climatisation), et de la capacité résiduelle de la batterie. De façon simplifiée, certains calculateurs prédisent l’autonomie simplement en fonction de la capacité résiduelle de la batterie et d’une consommation kilométrique forfaitaire mémorisée en usine une fois pour toute. Une estimation de la capacité réelle de la batterie peut être prise en compte si le calculateur est prévu pour évaluer le vieillissement de celle-ci.
Par ailleurs, des logiciels ont été développés spécifiquement pour l’utilisation des véhicules électriques. Certains logiciels sont configurés pour calculer précisément la consommation de parcours sélectionnés sur une carte routière numérique en tenant compte d’une vitesse moyenne ajustable par l’utilisateur et en tenant compte des variations d’altitude. La consommation issue du calcul est comparée aux caractéristiques de différents véhicules électriques, ce qui permet de visualiser très simplement et avec précision les possibilités des
ICG011104 FR Depot Texte.docx différents véhicules ou d’adapter ses parcours à son propre véhicule. Les caractéristiques des véhicules peuvent être reconfigurées pour tenir compte par exemple du nombre de personnes à bord ou du type de pneus utilisés. Certains logiciels prennent en compte les prévisions météorologiques au moment de la planification de l’itinéraire pour affiner le calcul de la consommation lors du parcours envisagé.
Afin de pouvoir réaliser en confiance un parcours d’une longueur se rapprochant de l’autonomie du véhicule, il est indispensable que le calcul de cette autonomie soit particulièrement précis.
Les conditions météorologiques effectivement rencontrées lors du parcours ne sont pas prises en compte et peuvent fortement altérer l’autonomie réelle du véhicule, qui devient alors très différente de celle calculée par le véhicule ou par le logiciel de planification.
L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un système d’évaluation de l’autonomie d’un véhicule automobile comportant une batterie d’accumulateurs et un moteur électrique d’entrainement du véhicule alimenté par la batterie, comprenant :
-un dispositif de prévision configuré pour calculer préalablement à un parcours jusqu’à une destination, la quantité d’énergie résiduelle théorique dans la batterie à l’issue du parcours, en fonction d’informations géographiques du parcours et de paramètres de fonctionnement et de paramètres de roulage théoriques du véhicule automobile ;
-un dispositif de correction configuré pour :
-déterminer la quantité d’énergie électrique instantanée débitée par ladite batterie et la quantité d’énergie électrique résiduelle dans la batterie sur ledit parcours ;
-déterminer la position du véhicule sur ledit parcours ;
-calculer la quantité d’énergie nécessaire pour terminer ledit parcours jusqu’à la destination, en fonction de la quantité d’énergie électrique instantanée déterminée ;
-calculer une quantité corrigée d’énergie résiduelle dans ladite batterie à l’issue du parcours, en fonction de la quantité d’énergie nécessaire calculée ;
-générer un signal de commande lorsque la différence entre la quantité d’énergie résiduelle corrigée et la quantité d’énergie résiduelle théorique est inférieure à un seuil.
L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes
ICG011104 FR Depot Texte, docx peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
Selon une variante, ledit signal de commande généré par le dispositif de correction inclut des consignes de fonctionnement modifiées à destination d’un moteur électrique.
Selon encore une variante, lesdites consignes de fonctionnement modifiées incluent une vitesse de rotation limitée du moteur électrique et/ou une consigne de couple limité du moteur électrique.
Selon une autre variante, lesdites consignes de fonctionnement sont modifiées de façon à égaliser la quantité d’énergie résiduelle corrigée et la quantité d’énergie résiduelle théorique.
Selon encore une autre variante, ledit dispositif de prévision est configuré pour récupérer des informations concernant les conditions météorologiques environnantes pendant le roulage et configuré pour mettre à jour la quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours en fonction des informations concernant les conditions météorologiques environnantes récupérées.
Selon une variante, lesdites informations concernant les conditions météorologiques environnantes incluent des informations locales au parcours comprenant :
-la température de l’air ;
-l’humidité de l’air ;
-la température du sol ;
-la vitesse et l’orientation du vent ;
-la présence d’eau sur la chaussée ; ou -la présence de neige sur la chaussée.
Selon encore une variante, ledit dispositif de prévision est également configuré pour mettre à jour la quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours en fonction de la résistance au roulement de la chaussée.
Selon une autre variante, ledit dispositif de prévision est configuré pour calculer la puissance instantanée W consommée par le véhicule sur le parcours, avec W=F*Vv, avec F la force instantanée sur le véhicule et Vv sa vitesse instantanée par rapport à la chaussée, avec F = Froul + Fair + F pente, avec Froul une force de résistance au roulement des pneumatiques sur la chaussée, avec Froui = Oroui - m-d avec ηΓΟΐα le coefficient de résistance au roulement et m la masse en charge du véhicule, g la gravité terrestre, ηΤ(ηα étant fonction de la présence d’eau ou de neige sur la chausse ou de la température de la chaussée, avec
Fair = 0,5 .Cx .S.p. (Vv - Vair)2 , avec Cx le coefficient aérodynamique de pénétration dans l’air du véhicule, S la surface frontale projetée du véhicule, p la masse volumique de l’air environnant en fonction de l’humidité de l’air,
ICG011104 FR Depot Texte, docx de sa température ou de l’altitude, et Vair la vitesse de l’air par rapport au sol, avec
Fpente = m 9 -sin(a), avec a l’inclinaison du véhicule par rapport à l’horizontale.
L’invention porte également sur un véhicule, comprenant :
-un moteur électrique (33) d’entrainement du véhicule ;
-une batterie (2) d’alimentation du moteur électrique ;
-un système d’évaluation tel que défini précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 illustre un schéma électrique d'un exemple de véhicule incluant un système d’évaluation de l’autonomie résiduelle d’un véhicule muni d’un moteur électrique ;
-les figures 2 à 6 illustrent différents affichages en fonction de conditions de fonctionnement du véhicule ;
-la figure 7 est un logigramme illustrant un exemple de fonctionnement d’un système d’évaluation d’autonomie résiduelle.
La figure 1 est une représentation d'un schéma électrique d'un exemple de véhicule muni d’un système de supervision 1, doté d’une fonction d’évaluation d’autonomie résiduelle d’une batterie d’alimentation de son moteur électrique. Le véhicule automobile est en l'occurrence entraîné uniquement par un moteur électrique 33. Le moteur électrique 33 n’est en outre pas entraîné par une autre source d’énergie mécanique telle qu’un moteur thermique. Le moteur électrique 33 est alimenté par une batterie de puissance 2 comprenant de façon connue en soi plusieurs accumulateurs électrochimiques 21. Le véhicule est ici muni d’un onduleur réversible 34, bidirectionnel en courant. L’onduleur réversible 34 réalise, de façon connue en soi, la conversion de la tension continue de la batterie 2 en tension alternative pour alimenter le moteur électrique 33 lorsque ce moteur est en mode moteur. L'onduleur réversible 34 réalise également la conversion de la tension alternative du moteur électrique 33 en tension continue lorsque le moteur électrique 33 est en mode génératrice. L’onduleur 34 peut être commandé de façon connue en soi avec des consignes de courant adéquates en fonction des besoins de la conduite (accélération, ralentissement).
Le véhicule de cet exemple comprend également un chargeur de batterie 31. Le chargeur de batterie 31 inclut un convertisseur alternatif/continu piloté par un dispositif de supervision 1. Le chargeur de batterie 31 est destiné à être connecté à un réseau électrique alternatif 32. Le véhicule inclut en outre une
ICG011104 FR Depot Texte, docx résistance de décharge 35 et un organe consommateur électrique 36, tel qu'un compresseur d'une pompe à chaleur ou d'une climatisation.
Le dispositif de supervision 1 comprend en l'occurrence un dispositif de calcul de correction 100, un dispositif de prévision 110 capable de calculer un itinéraire pour le véhicule, une interface de communication 120 avec la batterie 2, une interface de communication avec l’utilisateur, sous forme d’afficheur 130, et un dispositif de géolocalisation 140 de la position instantanée du véhicule.
Le dispositif 110 se présente par exemple sous la forme d’un calculateur embarqué dans le véhicule, configuré pour :
-déterminer la quantité d’énergie résiduelle dans la batterie d’accumulateurs 2 avant de réaliser un parcours jusqu’à une destination ;
-préalablement au parcours ou en temps réel, déterminer un itinéraire jusqu’à cette destination. La détermination de l’itinéraire peut être réalisée de façon connue en soi pour être compatible avec la quantité d’énergie résiduelle déterminée dans la batterie 2. L’itinéraire pourra par exemple être sélectionné en fonction des paramètres de roulage sur le parcours, en calculant la quantité d’énergie nécessaire pour effectuer le parcours en fonction de différents scénarios, de façon à conserver par exemple une marge de quantité d’énergie résiduelle prédéfinie à l’issue du parcours. Une quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours pourra par exemple être exprimée en autonomie sous forme de capacité ou sous forme de quantité d’énergie électrique. Cette détermination pourra par exemple être réalisée en fonction d’informations géographiques du parcours (sur la base de données cartographiques, tenant compte ou non de l’altimétrie), et en fonction de paramètres de fonctionnement et de paramètres théoriques de roulage du véhicule. Cette détermination pourra tenir compte d’un certain nombre de paramètres pouvant être saisis par le conducteur, tel que le taux de récupération d’énergie au freinage plus ou moins important, tel qu’une limite de couple maximal du moteur électrique 33 (en limitant les forts appels de courant sur la batterie 2, on minimise les pertes par effet Joule dans celle-ci et dans l’onduleur 34), tel que une vitesse maximale de roulage ;
-pendant le parcours, le dispositif 110 pourra ajuster la quantité d’énergie nécessaire pour réaliser le parcours, ainsi que la quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours, en fonction de différents paramètres, tels que la vitesse de roulage du véhicule, le mode de conduite plus ou moins nerveux, la température de fonctionnement de la batterie 2, la température environnant le véhicule, la masse embarquée dans le véhicule, la résistance au roulement des pneus (dépendant par exemple de la pression de gonflage, parfois accessible sur le calculateur du véhicule), de l’utilisation de consommateurs électriques du véhicule, et/ou de la densité du trafic sur le parcours. De tels paramètres sont fréquemment disponibles pour le calculateur du véhicule.
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Les paramètres de roulage fixés dans le dispositif 110 lors du calcul de l’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours pourront être imposés pour la commande du moteur électrique 33 durant le roulage du véhicule sur le parcours : par exemple une limitation de vitesse de roulage, une limitation du couple moteur, une limitation d’utilisation de consommateurs électriques du véhicule.
La batterie 2 est typiquement de type Lithium-ion. Pour la plupart des couples électrochimiques utilisés dans cette famille technologique, la sensibilité en température est relativement importante. Des températures élevées de fonctionnement sont généralement nuisibles à la durée de vie de la batterie mais abaissent sa résistance interne. Les pertes par effets Joule sont alors réduites durant le fonctionnement. Des décharges à courants relativement élevés peuvent ainsi être envisagées sans induire de chute de tension excessive. La capacité résiduelle de la batterie 2 est alors accrue. A contrario, une température de fonctionnement basse de la batterie 2 réduira sa capacité effective.
Le dispositif de calcul 100 est configuré pour déterminer la quantité d’énergie électrique instantanée (la puissance) débitée par la batterie 2 sur le parcours, et ainsi déterminer la quantité d’énergie électrique résiduelle dans la batterie 2 sur ce parcours. La mesure de puissance débitée par la batterie 2 peut être particulièrement précise, et correspond à une consommation réelle, donc indépendante de modèles de consommation électrique imparfaits ou indépendante d’un modèle de consommation électrique qui ne pourrait pas prendre tous les paramètres en compte, par exemple du fait de l’absence de certains capteurs ou informations. La mesure de puissance peut aisément être réalisée à partir de mesures instantanées du courant et de la tension de la batterie 2. En intégrant la puissance débitée par la batterie 2 dans le temps, on peut déterminer la quantité d’énergie électrique consommée depuis le début du parcours, et donc la quantité d’énergie électrique résiduelle dans la batterie 2.
Le dispositif de calcul 100 est configuré pour accéder à la position du véhicule sur le parcours, en communiquant avec le dispositif de géolocalisation 140. En fonction de cette position déterminée, le dispositif de calcul 100 peut calculer la quantité d’énergie nécessaire pour terminer le parcours jusqu’à la destination en fonction des mesures de puissance débitée par la batterie 2. A partir de la quantité d’énergie résiduelle instantanée dans la batterie et à partir de la quantité d’énergie nécessaire pour terminer le parcours, le dispositif de calcul 100 peut calculer la quantité d’énergie résiduelle prévisionnelle dans la batterie 2 à l’issue du parcours. La quantité d’énergie résiduelle ou capacité résiduelle de la batterie peut être ajustée en fonction de la température de fonctionnement de la batterie 2.
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Le dispositif de calcul 100 compare ensuite la quantité d’énergie résiduelle prévisionnelle et la quantité d’énergie résiduelle théorique. Si la différence entre ces deux quantités d’énergie est inférieure à un seuil (par exemple nul), un signal de commande est généré, soit pour alerter le conducteur, soit pour imposer des paramètres de roulage modifiés, tels qu’une baisse de vitesse de roulage autorisée, une baisse du couple moteur autorisé, ou une baisse de la consommation autorisée pour les consommateurs électriques du véhicule. Le dispositif de calcul 100 peut par exemple modifier certains de ces paramètres, afin que la quantité d’énergie résiduelle prévisionnelle à l’issue du parcours atteigne au moins une valeur prédéfinie. La modification automatique de ces paramètres de roulage permet au conducteur de se concentrer sur la conduite plutôt que sur le suivi de l’autonomie de son véhicule pour atteindre la destination.
La réduction du couple maximal va limiter les pertes dans l’onduleur 34, dans la connectique et dans la batterie 2. Le couple étant surtout important pour faciliter les phases de montée ou de dépassement du véhicule, la réduction de consommation pourra jouer sur une limitation de couple, si le parcours emprunte un itinéraire vallonné.
Pour des vitesses supérieures à 50 km/h, les frottements aérodynamiques deviennent significatifs sur l’effort de freinage du véhicule. La limitation de vitesse sera donc particulièrement efficace pour limiter la consommation du véhicule, si le parcours emprunté par le véhicule emprunte des tronçons droits par exemple. Le dispositif de calcul 100 pourra éventuellement modifier le parcours pour éviter l’autoroute, si la vitesse maximale définie est trop basse pour emprunter un tronçon autoroutier sans risque, par exemple si la vitesse est limitée à moins de 80 km/h. Cette limitation de vitesse peut être utilisée conjointement avec un régulateur de vitesse. Si la consigne fournie au régulateur de vitesse est supérieure à la limitation de vitesse, cette consigne est rendue inopérante. Après un ralentissement en mode régulateur de vitesse, une accélération modérée pourra être commandée pour atteindre la vitesse de consigne avec une consommation électrique réduite.
Le freinage récupératif pourra être accentué avec une proportion moindre d’utilisation des freins mécaniques, pour augmenter l’autonomie du véhicule.
A contrario, si la quantité d’énergie résiduelle prévisionnelle est supérieure à la quantité d’énergie résiduelle théorique, le dispositif de calcul pourra relever certaines limitations de consommation.
Pour tenir compte de situations d’urgences, les limitations de couple ou de vitesse pourront être désactivées transitoirement sur commande de l’utilisateur. Un point dur pourra être créé sur la course de l’accélérateur, le passage de ce point dur désactivant transitoirement les limitations. La reprise des limitations peut
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Les figures 2 à 6 illustrent différents affichages sur l’afficheur 130, en fonction de différentes conditions de fonctionnement du véhicule.
Par l’intermédiaire du dispositif 110, l’utilisateur pourra au préalable définir un parcours. L’utilisateur pourra fournir un certain nombre de précisions, pour la définition du parcours et de la quantité d’énergie théorique que la batterie 2 doit fournir. L’utilisateur pourra notamment définir le nombre de passagers, et/ou la quantité de bagages, le type de pneus (hiver ou été) qui équipent le véhicule, la possibilité ou non d’emprunter l’autoroute... Le dispositif 110 calculera ainsi les paramètres du parcours, comme détaillé précédemment.
A la figure 2, on illustre un exemple d’affichage sur l’afficheur 130, préalablement au parcours. Les paramètres sont ici les suivants : un parcours d’une distance de 120km avec un profil légèrement montant, un véhicule de format citadine avec une vitesse maximale de 130km/h, une capacité résiduelle de la batterie de 19 kWh, deux passagers avec bagages pour une charge de 200kg, l’utilisation de pneus été, et une température extérieure envisagée de 20°C. La consommation électrique du véhicule étant dépendante du parcours effectué, le dispositif 110 pourra utiliser l’afficheur 130 pour afficher des instructions de parcours, afin notamment d’éviter d’emprunter l’autoroute.
La zone d’affichage 131 précise qu’une consommation électrique moyenne de 15kWh/100km est prévue pour le parcours. La zone d’affichage 132 précise que la quantité d’énergie résiduelle théorique dans la batterie est de 4% de la capacité de la batterie 2, à l’issue du parcours. La zone d’affichage 135 précise que la distance du parcours programmé est de 120 km. La zone d’affichage 136 précise que la vitesse du véhicule est limitée à 75 km/h sur le parcours. La zone d’affichage 137 illustre que les trajets autoroutiers sont exclus du parcours. La zone d’affichage 138 précise que le couple moteur est limité à 80% de sa valeur maximale. Les zones 133 et 134 sont par exemple des zones tactiles, permettant de modifier une consigne de quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours, pour bénéficier de davantage de marge pour effectuer ce parcours. Les autres paramètres de roulage seront par exemple modifiés si la consigne de quantité d’énergie résiduelle théorique est modifiée. Les zones d’affichage 131 et 132 sont affichées en vert, pour indiquer que le parcours peut être effectué avec les paramètres utilisés.
A la figure 3, le conducteur relève la limitation de vitesse à 100km/h en autorisant un trajet autoroutier et en relevant la limitation de couple. Le dispositif 110 détermine alors que la consommation électrique moyenne est de 20kWh/100km, et que l’autonomie en distance n’est alors que de 93km en utilisant
ICG011104 FR Depot Texte, docx ces paramètres de roulage. Comme cette autonomie est inférieure à la distance du parcours, la zone d’affichage 132 n’affiche plus une quantité d’énergie résiduelle théorique mais une autonomie, avec par exemple un indicateur rouge pour indiquer que cette autonomie est insuffisante pour effectuer le parcours. La zone d’affichage 131 peut également être affichée en rouge pour indiquer que la consommation est excessive pour effectuer le parcours.
A la figure 4, le conducteur a au contraire commandé une augmentation de la consigne de quantité d’énergie résiduelle à l’issue du parcours, afin de prendre de la marge par rapport à d’éventuels aléas lors du roulage. Le conducteur a ainsi programmé une consigne de quantité d’énergie résiduelle à 10% de la capacité de la batterie. Le dispositif 110 détermine alors que la consommation électrique moyenne ne sera que de 14kWh/100 km, en abaissant la limitation de vitesse à 70 km/h, en abaissant la limitation de couple à 70%, et en interdisant les parcours autoroutiers.
A la figure 5, le véhicule est confronté à des conditions de roulage inattendues défavorables pendant le parcours, par exemple un vent de face élevé, induisant une augmentation importante de la consommation électrique réelle du véhicule. L’afficheur 130 peut afficher la consommation réelle de façon clignotante pour indiquer que cette consommation réelle ne permet pas de terminer le parcours. Le dispositif de calcul 100 recalcule les paramètres de roulage du parcours pour atteindre la quantité d’énergie résiduelle cible indiquée dans la zone d’affichage 132. Le dispositif de calcul 100 abaisse ainsi la limitation de vitesse à 40 km/h, abaisse la limitation de couple à 50%, et affiche que ces paramètres permettent de ramener la consommation électrique moyenne à 14kWh/km. Pour rendre les limitations moins contraignantes, le conducteur pourra rabaisser la cible de quantité d’énergie résiduelle souhaitée au moyen de la zone tactile 134. Le dispositif 100 recalculera alors la limitation de vitesse et la limitation de couple avec cette nouvelle valeur de consigne. La zone d’affichage 135 prend en compte la distance déjà effectuée en fonction de la position du véhicule déterminée sur le parcours.
A la figure 6, le véhicule est confronté à des conditions de roulage inattendues favorables pendant le parcours, par exemple un revêtement routier refait et présentant une faible résistance au roulement. L’afficheur 130 peut afficher la consommation réelle de façon clignotante pour indiquer que cette consommation réelle est inférieure à la consommation théorique. Le dispositif de calcul 100 recalcule les paramètres de roulage du parcours pour atteindre la quantité d’énergie résiduelle cible indiquée dans la zone d’affichage 132. Le dispositif de calcul 100 relève ainsi la limitation de vitesse à 75 km/h, relève la limitation de couple à 80%, et affiche que ces paramètres permettent de ramener la consommation électrique moyenne à 14kWh/km. Pour maintenir une
ICG011104 FR Depot Texte, docx consommation moindre, le conducteur pourra relever la cible de quantité d’énergie résiduelle souhaitée au moyen de la zone tactile 134. Le dispositif 10 recalculera alors la limitation de vitesse et la limitation de couple avec cette nouvelle valeur de consigne. La zone d’affichage 135 prend en compte la distance déjà effectuée en fonction de la position du véhicule déterminée sur le parcours.
Selon un autre aspect indépendant de l’invention, le dispositif 110 peut déterminer la quantité d’énergie nécessaire pour effectuer le parcours en fonction de conditions météorologiques externes, en tenant compte de ces conditions météorologiques externes dans un modèle de consommation électrique du véhicule.
La température externe influe notamment :
-sur la résistance aérodynamique, la viscosité de l’air baissant avec la température ;
-le frottement de roulement baissant avec la température.
La température prise en compte pourra être une température prévisionnelle fournie par des prévisions météorologiques pour le dispositif 110, ou la température environnante effectivement mesurée pour le dispositif 110. Lorsqu’elle est disponible, la température de la chaussée peut également être prise en compte.
La vitesse du vent influe sur la résistance aérodynamique. Des données prévisionnelles de vent pourront par exemple être récupérées dans une base de données d’expérience (par exemple pour des régions montagneuses ou maritimes), être obtenues depuis un serveur de météorologie en temps réel (par exemple mesurées par des anémomètres locaux) ou de façon prévisionnelle. Ainsi en zone de montagne, une brise de vallée, induite par une convection thermique à réchauffement d’un flanc de montagne durant l’ensoleillement, s’accompagne classiquement d’une brise en sens inverse en fin de journée, le flanc de montagne se refroidissant alors plus vite que les autres versants. Un parcours avec le véhicule peut ainsi s’effectuer vent de face le matin et vent de face le soir pour le retour. Les informations météorologiques locales permettent par exemple de prendre en compte un phénomène de faible ampleur telle qu’une confluence de vent à l’intersection de vallées ou une brise thermique à proximité de reliefs sur une partie du parcours, tout en tenant compte d’un phénomène météorologique plus global, par exemple une orientation et une vitesse de vent sur une région.
Une chaussée mouillée par la pluie augmente également la résistance au roulement du véhicule. La présence de pluie sur des tronçons du parcours peut être déterminée à partir d’un serveur de météorologie, préalablement au parcours ou en temps réel. Des capteurs de pluie du véhicule peuvent également être
ICG011104 FR Depot Texte.docx utilisés. De façon encore plus marquée, la résistance au roulement du véhicule augmente lorsque la chaussée est recouverte de neige. La présence de neige sur les tronçons du parcours pourra également être déterminée à partir d’un serveur de météorologie.
De façon avantageuse, le modèle de consommation du véhicule prend en compte la résistance au roulement de la chaussée, en fonction d’informations stockées dans une base de données sur l’état des différents tronçons de route.
Pour tenir compte des conditions météorologiques, le dispositif de calcul peut mettre en œuvre un calcul de consommation basé sur le modèle suivant.
Le véhicule se déplace en contrant plusieurs types de forces environnantes.
A une vitesse constante, le véhicule doit en permanence contrer plusieurs forces :
-la force de roulement Froul, qui est due à la résistance des pneumatiques sur la chaussée : Froui = proul .P avec proui le coefficient de résistance au roulement et P le poids du véhicule. proui peut être corrigé localement en fonction de la présence d’eau sur la route, cette présence pouvant par exemple être déterminée par les éventuels capteurs de pluie des essuie-glaces du véhicule, en fonction de l’état de la chaussée, ou en fonction de la température de la route. Le coefficient de résistance pourra également tenir compte des pneumatiques utilisés et de leur niveau de gonflage ;
-la force de pénétration dans l’air Fair, due au frottement de l’air sur le véhicule : Fair = 0,5 .Cx .S.p.(Vv - Vair)2 , avec Cx le coefficient aérodynamique de pénétration dans l’air du véhicule, S la surface frontale projetée du véhicule, p la masse volumique de l’air environnant (le modèle de cette masse volumique peut prendre en compte la température extérieure et l’humidité de cet air, ainsi que l’altitude), Vv la vitesse du véhicule par rapport au sol, et Vair la vitesse de l’air par rapport au sol ;
-la force due à la pente Fpente : Fpente =m.g .sin(cr), avec m la masse du véhicule, g l’accélération de la pesanteur, a l’angle de montée du véhicule.
On désignera par F la force cumulant ces forces de résistance.
Le modèle peut encore être affiné en prenant en compte les forces directionnelles exercées par la direction sur les rotules de directions, ainsi que la force centrifuge, ou la force due à la résistance au roulement en virage ou encore la force due à la résistance au vent latéral.
Le modèle de consommation pourra être de type adaptatif et être corrigé en fonction de retours d’expérience ou des consommations électriques réelles calculées par le dispositif de calcul 100.
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Il est couramment admis que les forces de résistance à l’avancement jusqu’à 50km/h sont essentiellement liées à la résistance au roulement des pneumatiques, les forces aérodynamiques devenant de plus en plus prépondérantes avec l’augmentation de la vitesse. Les forces aérodynamiques varient en fonction de la densité de l’air, donc de l’altitude et de la température.
La puissance instantanée W se définit comme le produit de la force instantanée F par la vitesse instantanée Vv. L’énergie consommée sur un parcours se définit comme l’intégrale de cette puissance instantanée sur la durée du parcours.
Pour mettre en œuvre un calcul de consommation basé sur différentes conditions réelles de roulage, le calcul peut prendre en compte les données mesurées suivantes :
-la position GPS du véhicule,
-la variation d’altitude du véhicule ;
-la vitesse instantanée du véhicule ;
-l’accélération du véhicule ;
-la température environnante ;
-la température de la batterie de traction ;
-l’utilisation de consommateurs électriques accessoires comme le chauffage, la climatisation ou l’éclairage ;
-la densité du trafic routier.
Le dispositif 110 pourra prendre en compte le modèle de consommation électrique et effectuer un calcul en temps réel de la quantité d’énergie nécessaire théorique pour terminer le parcours et un calcul en temps réel de la quantité d’énergie résiduelle à l’issue du parcours, en fonction des paramètres de roulage en temps réel, notamment les paramètres météorologiques.
La figure 7 illustre un logigramme d’un exemple de mise en œuvre du système 1. A l’étape 701, l’utilisateur définit manuellement un parcours, en définissant par exemple l’emplacement actuel comme point de départ et en saisissant la destination, par exemple au moyen de touches associées à l’afficheur 130. L’utilisateur fournit également un certain nombre de précisions, pour la définition du parcours et de la quantité d’énergie théorique que la batterie 2 doit fournir. L’utilisateur pourra notamment définir le nombre de passagers, et/ou la quantité de bagages afin de définir la masse embarquée. L’utilisateur pourra préciser le type de pneus (hiver ou été) et/ou leurs dimensions, et/ou leur niveau de gonflage (qui peut aussi être récupéré directement auprès de capteurs par le dispositif 110).
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A l’étape 702, l’utilisateur sélectionne si le véhicule peut emprunter l’autoroute ou non. Si l’utilisateur a sélectionné un parcours sans autoroute, à l’étape 710, le dispositif 110 propose un parcours sans autoroute en calculant l’énergie nécessaire dans la batterie 2 en fonction de vitesses usuelles sur ce parcours. Si l’utilisateur a sélectionné un parcours avec autoroute, à l’étape 711, le dispositif 110 propose un parcours pouvant inclure un trajet sur autoroute en calculant l’énergie nécessaire dans la batterie 2 en fonction de vitesses usuelles sur ce parcours. Dans ces deux hypothèses, le dispositif 110 détermine le kilométrage du parcours.
Ensuite, à l’étape 703, le dispositif 110 a calculé des paramètres de fonctionnement pour pouvoir réaliser le trajet. Le dispositif 110 propose à l’utilisateur une valeur de limitation de couple et une valeur de limitation de vitesse, en affichant une consommation électrique théorique et une énergie résiduelle théorique associées.
A l’étape 704, le dispositif 110 vérifie si l’utilisateur a validé le parcours avec ces paramètres de fonctionnement. A l’étape 721, l’utilisateur n’a pas validé ces paramètres et a requis une hausse de l’énergie résiduelle théorique. A l’étape 722, le dispositif 110 réduit les valeurs de limitation de couple et/ou de vitesse pour obtenir la quantité d’énergie résiduelle théorique souhaitée. A l’étape 723, on teste si la limitation de vitesse est inférieure à un seuil tel que 80km/h. Si oui, on peut repasser à l’étape 710 au cas où il faille redéfinir un parcours sans autoroute. Si non, on peut repasser à l’étape 711. A l’étape 731, l’utilisateur n’a pas validé ces paramètres et a requis une baisse de l’énergie résiduelle théorique. A l’étape 732, le dispositif 110 augmente les valeurs de limitation de couple et/ou de vitesse pour obtenir la quantité d’énergie résiduelle théorique souhaitée. A l’étape 733, on teste si la limitation de vitesse est supérieure à un seuil tel que 80km/h. Si oui, on peut repasser à l’étape 711 au cas où il soit souhaité de pouvoir redéfinir un parcours avec autoroute. Si non, on peut repasser à l’étape 710.
Une fois le parcours validé par l’utilisateur, on passe à l’étape 705, correspondant au roulage. Le dispositif 110 recalcule alors la consommation théorique en fonction de données routières et de différents paramètres sélectionnés. A l’étape 706, le dispositif 100 calcule la consommation électrique réelle lors du roulage. A l’étape 740, le dispositif 100 compare les consommations théoriques et réelles ou les quantités d’énergies résiduelles calculées sur la base de la consommation théorique et sur la base de la consommation réelle.
A l’étape 751, on a déterminé que la consommation réelle est supérieure à la consommation théorique. A l’étape 752, le dispositif 100 peut alors diminuer le niveau de la limitation de vitesse ou le niveau de la limitation de couple. A l’étape 753, on teste si la limitation de vitesse est inférieure à un seuil tel que
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80km/h. Si oui, on peut repasser à l’étape 710 au cas où il faille redéfinir un parcours sans autoroute. Sinon, on repasse à l’étape 705.
A l’étape 761, on a déterminé que la consommation réelle est inférieure à la consommation théorique. A l’étape 762, le dispositif 100 peut alors relever le 5 niveau de la limitation de vitesse ou le niveau de la limitation de couple. A l’étape 763, on teste si la limitation de vitesse est supérieure à un seuil tel que 80km/h. Si oui, on peut repasser à l’étape 711 au cas où il faille redéfinir un parcours avec autoroute. Sinon, on repasse à l’étape 705.
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Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d’évaluation (1) de l’autonomie d’un véhicule automobile comportant une batterie d’accumulateurs (2) et un moteur électrique (33) d’entrainement du véhicule alimenté par la batterie, comprenant :
    -un dispositif de prévision (110) configuré pour calculer préalablement à un parcours jusqu’à une destination, la quantité d’énergie résiduelle théorique dans la batterie (2) à l’issue du parcours, en fonction d’informations géographiques du parcours et de paramètres de fonctionnement et de paramètres de roulage théoriques du véhicule automobile ;
    Caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
    -un dispositif de correction (100) configuré pour :
    -déterminer la quantité d’énergie électrique instantanée débitée par ladite batterie (2) et la quantité d’énergie électrique résiduelle dans la batterie sur ledit parcours ;
    -déterminer la position (140) du véhicule sur ledit parcours ;
    -calculer la quantité d’énergie nécessaire pour terminer ledit parcours jusqu’à la destination, en fonction de la quantité d’énergie électrique instantanée déterminée ;
    -calculer une quantité corrigée d’énergie résiduelle dans ladite batterie à l’issue du parcours, en fonction de la quantité d’énergie nécessaire calculée ;
    -générer un signal de commande lorsque la différence entre la quantité d’énergie résiduelle corrigée et la quantité d’énergie résiduelle théorique est inférieure à un seuil.
  2. 2. Système d’évaluation selon la revendication 1, dans lequel ledit signal de commande généré par le dispositif de correction (100) inclut des consignes de fonctionnement modifiées à destination d’un moteur électrique.
  3. 3. Système d’évaluation (1) selon la revendication 2, dans lequel lesdites consignes de fonctionnement modifiées incluent une vitesse de rotation limitée du moteur électrique et/ou une consigne de couple limité du moteur électrique.
  4. 4. Système d’évaluation (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel lesdites consignes de fonctionnement sont modifiées de façon à égaliser la quantité d’énergie résiduelle corrigée et la quantité d’énergie résiduelle théorique.
  5. 5. Système d’évaluation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de prévision (110) est configuré pour
    ICG011104 FR Depot Texte.docx récupérer des informations concernant les conditions météorologiques environnantes pendant le roulage et configuré pour mettre à jour la quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours en fonction des informations concernant les conditions météorologiques environnantes récupérées.
  6. 6. Système d’évaluation (1) selon la revendication 5, dans lequel lesdites informations concernant les conditions météorologiques environnantes incluent des informations locales au parcours comprenant :
    -la température de l’air ;
    -l’humidité de l’air ;
    -la température du sol ;
    -la vitesse et l’orientation du vent ;
    -la présence d’eau sur la chaussée ; ou -la présence de neige sur la chaussée.
  7. 7. Système d’évaluation (1) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit dispositif de prévision (110) est également configuré pour mettre à jour la quantité d’énergie résiduelle théorique à l’issue du parcours en fonction de la résistance au roulement de la chaussée.
  8. 8. Système d’évaluation selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de prévision (110) est configuré pour calculer la puissance instantanée W consommée par le véhicule sur le parcours, avec W=F*Vv, avec F la force instantanée sur le véhicule et Vv sa vitesse instantanée par rapport à la chaussée, avec F = Froul + Fair + F pente, avec Froul une force de résistance au roulement des pneumatiques sur la chaussée, avec Froui = Oroui -m-g avec ητοηί le coefficient de résistance au roulement et m la masse en charge du véhicule, g la gravité terrestre, groul étant fonction de la présence d’eau ou de neige sur la chausse ou de la température de la chaussée, avec
    Fair = 0,5 .Cx .S.p.(Vv - Vair)2 , avec Cx le coefficient aérodynamique de pénétration dans l’air du véhicule, S la surface frontale projetée du véhicule, p la masse volumique de l’air environnant en fonction de l’humidité de l’air, de sa température ou de l’altitude, et Vair la vitesse de l’air par rapport au sol, avec
    Fpente = m .g .sin(a), avec a l’inclinaison du véhicule par rapport à l’horizontale.
  9. 9. Véhicule, comprenant :
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    -un moteur électrique (33) d’entrainement du véhicule ;
    -une batterie (2) d’alimentation du moteur électrique ;
    -un système d’évaluation selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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