FR3070151A1 - Procede de commutation entre modes de transmission sur un vehicule automobile hybride - Google Patents

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Abstract

Procédé de commutation, sur un véhicule automobile comprenant un moteur électrique, un moteur thermique et un organe de couplage glissant pour coupler le moteur thermique à un train de roues motrices du véhicule, d'un premier mode de transmission dans lequel le moteur électrique entraine le véhicule, vers un deuxième mode de transmission dans lequel le moteur thermique entraine le véhicule, le procédé comprenant une étape de détermination (30) d'une valeur d'accélération envisageable sans commutation du premier mode vers le deuxième mode en tenant compte d'une accélération maximale (20) pouvant être obtenue par le premier mode et d'une accélération maximale (25) compatible avec un confort de passagers, puis une étape d'évaluation (40, 50, 60) des possibilités de transmission sur la base de ladite valeur d'accélération envisageable et d'une consigne courante d'accélération (35) pour la conduite du véhicule, et en fonction de ladite évaluation une commutation dans le deuxième mode.

Description

PROCÉDÉ DE COMMUTATION ENTRE MODES DE TRANSMISSION SUR UN VÉHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE [0001] L’invention porte sur un procédé de commutation entre modes de transmission sur un véhicule automobile hybride, et sur un véhicule automobile hybride mettant en œuvre le procédé.
[0002] On s’intéresse à des véhicules automobiles comportant un moteur thermique et un moteur électrique, les deux moteurs pouvant servir pour la transmission du véhicule. Le moteur thermique est couplé à un train de roues motrices par l’intermédiaire d’un embrayage à surfaces de friction (à disque ou à tambour, notamment) à glissement, le glissement étant nécessaire pour les petites vitesses de déplacement du véhicule, pour lesquelles le régime minimal du moteur thermique est trop élevé, même avec un rapport de vitesses minimal. Le couplage peut aussi être effectué de manière hydraulique par un convertisseur de couple comprenant une pompe, une turbine et un fluide, et qui utilise également un phénomène de glissement aux petites vitesses de déplacement du véhicule. Quant au moteur électrique de transmission, il ne dispose, dans les véhicules concernés, que d’une puissance limitée, se traduisant par un couple maximal limité, insuffisant pour permettre la transmission du véhicule avec une accélération importante.
[0003] On précise que le moteur thermique utilise une énergie fossile (carburant essence ou diesel typiquement), et que l’on souhaite minimiser son utilisation à des fins écologiques.
[0004] Le véhicule dispose d’un stockeur d’énergie électrique (énergie alternative), comme une batterie de traction 300 V, et d’un générateur d’électricité pouvant être attelé au moteur thermique (il peut s’agir d’une machine électrique avant, le moteur thermique étant aussi à l’avant dans cette configuration).
[0005] Le moteur électrique de transmission peut être une machine électrique arrière, capable de mettre le véhicule en mouvement de manière autonome. Il peut aussi avoir une fonction de générateur d’électricité pour recharger la batterie en phase de décélération du véhicule par exemple.
[0006] Un tel véhicule peut rouler dans un premier mode, dit hybride série, avec utilisation du moteur thermique afin de produire de l’énergie alternative via le moteur électrique avant qui est alors attelé au moteur thermique. Ces deux moteurs sont par contre découplés des roues, et la transmission de l’engin est assurée à l’aide de la machine électrique arrière.
[0007] Le véhicule peut rouler dans un deuxième mode, dit full hybride. Cela implique une utilisation du moteur thermique pour la transmission. L’énergie électrique est utilisée pour optimiser l’utilisation de l’énergie fossile.
[0008] On précise que lors de la mise en œuvre du deuxième mode, il y a, pour les petites vitesses, un glissement de l’embrayage à glissement, et une perte énergétique associée, ce qui est regrettable. Cela est inévitable si le moteur thermique est couplé aux roues à petite vitesse de déplacement, car le moteur thermique a un régime minimal qualifié de régime de ralenti.
[0009] On connaît du document WO200322617 un procédé de régulation de la vitesse d’un véhicule automobile à boîte de vitesses automatique. Mais il n’enseigne pas de méthode pour diminuer les pertes énergétiques en cas de glissement de l’organe de couplage.
[0010] Pour résoudre cette difficulté, il est proposé un procédé de commutation, sur un véhicule automobile comprenant un moteur électrique, un moteur thermique et un organe de couplage glissant pour coupler le moteur thermique à un train de roues motrices du véhicule, d’un premier mode de transmission dans lequel le moteur électrique entraîne le véhicule, vers un deuxième mode de transmission dans lequel le moteur thermique entraîne le véhicule.
[0011] Le procédé est remarquable car il comprend une étape de détermination d’une valeur d’accélération envisageable sans commutation du premier mode vers le deuxième mode en tenant compte d’une accélération maximale pouvant être obtenue par le premier mode et d’une accélération maximale compatible avec un confort de passagers du véhicule, puis une étape d’évaluation des possibilités de transmission sur la base de ladite valeur d’accélération envisageable et d’une consigne courante d’accélération pour la conduite du véhicule, et en fonction de ladite évaluation une commutation dans le deuxième mode pour mettre à disposition une puissance du moteur thermique en sorte de répondre à la consigne courante ou le maintien dans le premier mode pour éviter de faire glisser l’organe de couplage.
[0012] Selon des caractéristiques particulières et avantageuses :
[0013] - l’étape d’évaluation des possibilités de transmission est effectuée en appréciant une valeur de couple à la roue correspondant à la consigne courante d’accélération ;
[0014] - dans le premier mode de transmission, le moteur thermique entraîne quant à lui un générateur d’énergie électrique du véhicule ;
[0015] - l’accélération maximale compatible avec un confort de passagers du véhicule est définie en fonction de la vitesse du véhicule et de l’écart entre la consigne de vitesse et la vitesse courante du véhicule ;
[0016] - la valeur d’accélération maximale pouvant être obtenue par le premier mode est déterminée en tenant compte d’efforts résistants de roulement, d’efforts résistants aérodynamiques, et d’efforts résistants causés par une pente du terrain sur lequel le véhicule roule ;
[0017] - la consigne courante d’accélération pour la conduite du véhicule est obtenue par un système d’assistance à la conduite ;
[0018] - le procédé n’est mis en œuvre qu’en dessous d’un seuil de vitesse horizontale du véhicule, ou en dessous d’un niveau de stockage d’énergie dans électrique dans le véhicule.
[0019] L’invention consiste aussi en un véhicule automobile comprenant un moteur électrique, un moteur thermique et un organe de couplage glissant pour coupler le moteur thermique à un train de roues motrices du véhicule, ainsi que de moyens pour un premier mode de transmission dans lequel le moteur électrique entraîne le véhicule, et de moyens pour un deuxième mode de transmission dans lequel le moteur thermique entraîne le véhicule.
[0020] Le véhicule est remarquable car il comprend des moyens de détermination d’une valeur d’accélération envisageable sans commutation du premier mode vers le deuxième mode en tenant compte d’une accélération maximale pouvant être obtenue par le premier mode et d’une accélération maximale compatible avec un confort de passagers du véhicule, des moyens d’évaluation des possibilités de transmission sur la base de ladite valeur d’accélération envisageable et d’une consigne courante d’accélération pour la conduite du véhicule, et des moyens pour en fonction de ladite évaluation effectuer une commutation dans le deuxième mode pour mettre à disposition une puissance du moteur thermique en sorte de répondre à la consigne courante ou le maintien dans le premier mode pour éviter de faire glisser l’organe de couplage.
[0021] L’organe de couplage glissant peut être un embrayage à surfaces de friction ou un convertisseur de couple.
[0022] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant un mode de réalisation de l’invention et dans lesquels :
- La figure 1 est une vue d’un véhicule auquel l’invention s’applique ;
- la figure 2 est une vue d’un mode de réalisation de l’invention.
[0023] En référence à la figure 1, le procédé de fonctionnement d’un véhicule automobile hybride 10 selon l’invention va maintenant être décrit.
[0024] Le véhicule hybride 1 comprend deux chaînes de traction reliées respectivement aux deux trains 100, 110 du véhicule 1.
[0025] La première chaîne de traction, par exemple reliée au train avant 100 par rapport au sens de déplacement en marche avant du véhicule 1, comprend un moteur thermique 230 dont l’arbre de sortie est relié à l’arbre d’entrée d’une première machine électrique 210 par l’intermédiaire d’un embrayage 220, cet embrayage 220 permettant de coupler ou découpler le moteur thermique 230 de la boite de vitesse 200. L’embrayage 220 est un embrayage mécanique, ou un convertisseur de couple utilisant un couplage hydraulique.
[0026] La première machine électrique 210 est en outre reliée par l’intermédiaire de son arbre de sortie à l’arbre d’entrée d’une boite de vitesses 200 du véhicule, l’arbre de sortie de cette boite de vitesse 200 étant relié au train avant 100 par l’intermédiaire d’un premier dispositif différentiel 101 (avec possibilité de découpler la machine électrique 210 du train 100).
[0027] La deuxième chaîne de traction, par exemple reliée au train arrière 110 du véhicule 1, comprend une deuxième machine électrique 320 dont l’arbre de sortie est relié à un organe de couplage temporaire destiné à coupler ou découpler la deuxième machine électrique 320 du train arrière 110, cet organe de couplage étant lui-même relié au train arrière 110 par l’intermédiaire d’un deuxième dispositif différentiel 111.
[0028] Entre l’arbre de sortie de la deuxième machine électrique 320 et l’organe de couplage temporaire 300 peut être interposé un système de transmission du type réducteur 310, permettant de démultiplier le couple de la deuxième machine électrique 320 transmis au train arrière 110.
[0029] Le véhicule hybride 1 comprend également une batterie 400 électriquement reliée aux bornes des deux machines électriques 210, 320 (des onduleurs peuvent être intégrés entre la batterie 400 et les machines 210, 320), ainsi qu’un calculateur 500 destiné à piloter les différents éléments des chaînes de traction, notamment les machines électriques 210, 320, l’embrayage 220, l’organe de couplage temporaire 300 et la boite de vitesse 200.
[0030] Un procédé de commutation selon un mode de réalisation de l’invention est représenté en figure 2.
[0031] Tout d’abord, il comprend une étape 10 de prise en compte des efforts résistants. Il y a dans ces efforts, les efforts de roulement liés au contact des pneumatiques sur le sol, les efforts aérodynamiques liés à la résistance opposée par l’air au véhicule, et les efforts liés à la pente à laquelle le véhicule fait face.
[0032] Cette étape est suivie d’une étape de calcul de l’accélération maximale pouvant être obtenue pour le véhicule, en mode hybride série, compte tenu des efforts résistants observés précédemment, et en tenant compte d’une valeur 15 de couple maximum pour le groupe moto-propulseur en mode hybride série, ramené à la roue. On rappelle qu’en mode hybride série, c’est la machine électrique 320 qui entraîne le véhicule, alors que la machine 200 produit, sous l’effet du moteur thermique 230, de l’électricité qui est stockée dans la batterie 400.
[0033] Un exemple de calcul avec le principe fondamental de la dynamique est le suivant :
[0034] M.Aveh Σ forces avec |a masse véhiCU|e, Aveh l’accélération véhicule et
les forces considérées l’ensemble des forces appliqués au système véhicule. Ainsi, en écrivant séparément les différents types de force évoqués :
[0035] Nt Aveh — F +F + F + F 1V1 .AXVt/fL 1 GMP -Γ 1 roulement ' 1 aérodynamique T 1 pente
[0036] F — F H- F + F M Av eh — F -4- F OlJ avec res roulement aérodynamique pente ir± 11 'L GMP 1 res
[0037] avec Cgmp le couple du groupe moto-propulseur et R le rayon des roues
[0038] et M.Ave/z=S^+F
R
Aveh + Ζξι
M.R M [0039] D’où une valeur maximale d’accélération dans le mode hybride série
Aveh max = CcMPmax +
M.R M [0040] Au cours d’une étape 25, l’accélération maximale de confort est définie, par cartographie ou par une autre méthode, en fonction de la vitesse du véhicule et de l’écart entre la consigne de vitesse et la vitesse du véhicule.
[0041] Elle correspond à l’accélération limite sous laquelle la prestation de suivi de la consigne de vitesse n’est plus jugée acceptable.
[0042] Au cours d’une étape 30, on calcule la valeur d’accélération de consigne maximale, c’est-à-dire la valeur d’accélération maximale disponible pour les fonctions de régulation et de limitation de vitesse, qui fixent des valeurs de consigne d’accélération.
[0043] Cette valeur d’accélération de consigne maximale est le maximum entre l’accélération maximale disponible dans l’état courant du groupe moto-propulseur, déterminée lors de l’étape 20 et l’accélération de confort, déterminée en étape 25.
[0044] Le procédé est poursuivi avec une étape 40 de calcul de l’accélération de consigne, sur la base de l’accélération demandée par les fonctions d’assistance à la conduite (notamment les fonctions de régulation et limitation de vitesse).
[0045] L’accélération de consigne est alors égale à l’accélération demandée par les fonctions d’assistance à la conduite (typiquement les fonctions de régulation et limitation de vitesse), référencée 35, limitée par l’accélération de consigne maximale déterminée à l’étape 30.
[0046] Une étape 50 implique une conversion en couple à la roue de la valeur de l’accélération de consigne.
[0047] Au cours d’une étape 60, on décide de maintenir le mode hybride série ou de commuter la transmission en mode full hybride.
[0048] Si la consigne de couple demandée est supérieure à la capacité du mode hybride série alors la transmission du groupe moto-propulseur bascule en mode full hybride.
[0049] Tant que l’accélération de confort peut être réalisée, le mode hybride série est activé. Dès que l’accélération de confort ne peut pas être réalisée, la transmission est basculée hors du mode hybride série, vers le mode full hybride.
[0050] Selon divers modes de réalisation, [0051] - la stratégie est mise en œuvre uniquement en dessous d’un seuil de vitesse.
[0052] - la stratégie est mise en œuvre uniquement si la batterie ne contient qu’une quantité d’énergie faible, telle qu’appréciée en la comparant à un seuil, par exemple ;
[0053] - la stratégie est applicable uniquement dans la situation de vie dans laquelle l’embrayage est nécessairement glissant.
[0054] - la décision de changement de mode se fait sur la base d’une comparaison de couple, d’accélération, ou de puissance.
[0055] Il peut y avoir des confirmations de type (ces critères non exhaustifs peuvent être exclusifs ou cumulatifs) :
[0056] - confirmation de la sortie du mode hybride série lorsque le seuil a dépassé un temps, comme par exemple 0,10 s ou 2s ;
[0057] - confirmation de la sortie du mode hybride série lorsque l’intégrale entre le couple de consigne tenant compte de l’accélération et le couple maximal réalisable du mode hybride série a dépassé un seuil, comme par exemple 100Nm.s ou 5000N.m.s.
[0058] Toutes les étapes mentionnées peuvent être effectuées en tenant compte de la vitesse du véhicule, du régime des sources motrices, des paramètres d’état du système (telle que la température des embrayages, des machines, le niveau d’énergie des stockeurs d’énergie), des paramètres extérieurs (la pente, la température extérieure, l’altitude).
[0059] Ces étapes peuvent être effectuées en tenant compte d’un système permettant de lire les panneaux et indications de signalisation (tel que la couleur d’un feu tricolore, la limitation de vitesse, les panneaux, les lignes de circulation).
[0060] Ces étapes peuvent être effectuées en tenant compte d’un système permettant de connaître l’inter distance avec le véhicule prédécesseur, ainsi que la vitesse dudit véhicule. Ces étapes peuvent être effectuées en tenant compte d’un système de détection de pluie, tel qu’un capteur déclenchant les essuie-glaces automatiques, ou des informations d’un système GPS ou GSM donnant la météo ainsi que l’état de la route.
[0061] De manière générale, le procédé évite les pertes énergétiques induites par le glissement de l’élément de couplage, évite la montée en température de l’embrayage qui 5 conduit à une perte de potentiel de couple à la roue, augmente la durabilité de l’embrayage, met à disposition de la puissance la source motrice à énergie fossile, offre la possibilité d’augmenter la recharge du stockeur d’énergie alternative lors du roulage à basse vitesse car il n’y a pas de perte d’énergie par le glissement du couplage, améliore au global les rendements, et offre une amélioration de la pérennité de la fourniture 10 d’énergie électrique dans les situations de vie basse vitesse.
[0062] Pour résumer, l’invention favorise l’utilisation du monde hybride série pour éviter de faire glisser l’organe de couplage. On évite des pertes énergétiques et on préserve l’embrayage. Lorsque la volonté du conducteur confrontée à l’accélération de confort est trop importante on met à disposition la puissance de la source motrice à énergie fossile et 15 on transmet une puissance supérieure. Ainsi, le procédé réduit les pertes énergétiques induites par un couplage glissant sans dégrader la performance du véhicule.

Claims (9)

1. Procédé de commutation, sur un véhicule automobile comprenant un moteur électrique, un moteur thermique et un organe de couplage glissant pour coupler le moteur thermique à un train de roues motrices du véhicule, d’un premier mode de transmission dans lequel le moteur électrique entraîne le véhicule, vers un deuxième mode de transmission dans lequel le moteur thermique entraîne le véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de détermination (30) d’une valeur d’accélération envisageable sans commutation du premier mode vers le deuxième mode en tenant compte d’une accélération maximale (20) pouvant être obtenue par le premier mode et d’une accélération maximale (25) compatible avec un confort de passagers du véhicule, puis une étape d’évaluation (40, 50, 60) des possibilités de transmission sur la base de ladite valeur d’accélération envisageable et d’une consigne courante d’accélération (35) pour la conduite du véhicule, et en fonction de ladite évaluation une commutation dans le deuxième mode pour mettre à disposition une puissance du moteur thermique en sorte de répondre à la consigne courante ou le maintien dans le premier mode pour éviter de faire glisser l’organe de couplage.
2. Procédé de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape d’évaluation (40, 50, 60) des possibilités de transmission est effectuée en appréciant (50) une valeur de couple à la roue correspondant à la consigne courante d’accélération.
3. Procédé de commutation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans le premier mode de transmission, le moteur thermique (230) entraîne quant à lui un générateur d’énergie électrique du véhicule.
4. Procédé de commutation selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’accélération maximale (25) compatible avec un confort de passagers du véhicule est définie en fonction de la vitesse du véhicule et de l’écart entre la consigne de vitesse et la vitesse courante du véhicule.
5. Procédé de commutation selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur d’accélération maximale (20) pouvant être obtenue par le premier mode est déterminée en tenant compte d’efforts résistants (10) de roulement, d’efforts résistants aérodynamiques, et d’efforts résistants causés par une pente du terrain sur lequel le véhicule roule.
6. Procédé de commutation selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la consigne courante d’accélération (35) pour la conduite du véhicule est obtenue par un système d’assistance à la conduite.
7. Procédé de commutation selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé n’est mis en œuvre qu’en dessous d’un seuil de vitesse horizontale du véhicule, ou en dessous d’un niveau de stockage d’énergie dans électrique dans le véhicule.
8. Véhicule automobile comprenant un moteur électrique (320), un moteur thermique (230) et un organe de couplage glissant (220) pour coupler le moteur thermique (230) à un train de roues motrices (100) du véhicule, ainsi que de moyens pour un premier mode de transmission dans lequel le moteur électrique (320) entraîne le véhicule, et de moyens pour un deuxième mode de transmission dans lequel le moteur thermique (230) entraîne le véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de détermination d’une valeur d’accélération envisageable sans commutation du premier mode vers le deuxième mode en tenant compte d’une accélération maximale pouvant être obtenue par le premier mode et d’une accélération maximale compatible avec un confort de passagers du véhicule, des moyens d’évaluation des possibilités de transmission sur la base de ladite valeur d’accélération envisageable et d’une consigne courante d’accélération pour la conduite du véhicule, et des moyens pour en fonction de ladite évaluation effectuer une commutation dans le deuxième mode pour mettre à disposition une puissance du moteur thermique (230) en sorte de répondre à la consigne courante ou le maintien dans le premier mode pour éviter de faire glisser l’organe de couplage (220).
9. Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’organe de couplage glissant (220) est un embrayage à surfaces de friction ou un convertisseur de couple.
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