FR3070345A1 - Controle de la puissance maximale consommable par une machine motrice non-thermique d’un vehicule hybride dans un moyen de stockage d’energie - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de contrôle (DC) équipe un véhicule (V) comprenant un moyen de stockage d'énergie (MS1) ayant une puissance disponible, et un moteur thermique (MT) et une machine motrice non-thermique (MM) fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train (T1) en consommant respectivement du carburant et de la puissance du moyen de stockage d'énergie (MS1). Ce dispositif (DC) comprend des moyens de contrôle (MC) qui déterminent une puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique (MM) en fonction de la quantité de carburant disponible, cette puissance maximale étant d'autant plus faible que cette quantité est faible.
Description
CONTRÔLE DE LA PUISSANCE MAXIMALE CONSOMMABLE PAR UNE MACHINE MOTRICE NON-THERMIQUE D’UN VÉHICULE HYBRIDE DANS UN MOYEN DE STOCKAGE D’ÉNERGIE
L’invention concerne les véhicules hybrides qui comprennent un moteur thermique et au moins une machine motrice non-thermique consommant respectivement du carburant et de la puissance d’au moins un moyen de stockage d’énergie pour fournir du couple pour au moins un train.
On notera que l’invention concerne aussi bien les moyens de stockage d’énergie électrique que les moyens de stockage d’énergie hydraulique ou pneumatique. Par ailleurs, l’invention concerne aussi bien le cas dans lequel le moteur thermique et la machine motrice non-thermique fournissent deux couples pour un même train que le cas dans lequel le moteur thermique et la machine motrice non-thermique fournissent deux couples respectivement pour deux trains.
Dans les véhicules hybrides définis ci-avant, l’intégralité de la puissance disponible de leur moyen de stockage d’énergie (ou « stockeur ») est généralement mise à la disposition de leur machine motrice nonthermique afin de satisfaire au mieux leur conducteur. En d’autres termes, lorsque le conducteur enfonce la pédale d’accélérateur (ce qui caractérise ce que l’on appelle la « volonté du conducteur »), le calculateur de supervision de la chaîne de transmission détermine une répartition des couples, que doivent respectivement fournir le moteur thermique et la machine motrice nonthermique, adaptée à cet enfoncement.
Cette répartition se fait actuellement en fonction de la puissance disponible dans le stockeur, mais indépendamment de la quantité de carburant disponible dans le réservoir. Par conséquent, lorsque cette quantité est nulle, seule la machine motrice non-thermique fournit du couple en consommant de la puissance du stockeur. Or, plus la volonté du conducteur sera forte, plus la puissance consommée sera forte et donc plus le nombre de kilomètres que pourra parcourir le véhicule sera faible.
Il a certes été proposé, notamment dans le document brevet FR 2928328, de limiter volontairement la puissance consommée par la machine motrice non-thermique afin d’accroître l’autonomie kilométrique du véhicule, mais seulement lorsque le moteur thermique est défaillant et donc n’est plus en mesure de recharger le stockeur.
L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation dans les véhicules hybrides.
Elle propose notamment un dispositif de contrôle destiné à équiper un véhicule comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie ayant une puissance disponible, et un moteur thermique et au moins une machine motrice non-thermique fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train en consommant respectivement du carburant et de la puissance de ce moyen de stockage d’énergie.
Ce dispositif de contrôle se caractérise par le fait qu’il comprend des moyens de contrôle qui déterminent une puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique en fonction d’une quantité de carburant disponible, cette puissance maximale étant d’autant plus faible que cette quantité est faible.
Grâce à cette puissance maximale consommable qui est fonction de la quantité de carburant disponible, on peut accroître notablement l’autonomie kilométrique d’un véhicule hybride.
Le dispositif de contrôle selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans un premier mode de réalisation, ses moyens de contrôle peuvent déterminer la puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique en fonction d’une loi de décroissance qui a pour variable la quantité de carburant disponible ;
> la loi de décroissance peut être linéaire ;
> en variante, la loi de décroissance peut être proportionnelle à une puissance négative d’ordre n de la quantité de carburant disponible, avec n > 1 ;
- dans un second mode de réalisation, ses moyens de contrôle peuvent déterminer la puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique en fonction d’un intervalle de valeurs auquel appartient la quantité de carburant disponible, cet intervalle faisant partie d’un ensemble de N intervalles associés respectivement à N puissances maximales différentes, avec N > 2 ;
- lorsque le véhicule comprend un ensemble d’équipements électriques consommateurs de puissance du moyen de stockage d’énergie, ses moyens de contrôle peuvent déterminer une autre puissance maximale consommable par cet ensemble en fonction de la puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique, cette autre puissance maximale étant d’autant plus faible que la puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique est faible.
L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie ayant une puissance disponible, un moteur thermique et au moins une machine motrice non-thermique fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train en consommant respectivement du carburant et de la puissance du moyen de stockage d’énergie, et un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant.
Par exemple, la machine motrice non-thermique de ce véhicule peut être de type électrique. Dans ce cas, le moyen de stockage d’énergie stocke de l’énergie électrique.
L’invention propose également un procédé de contrôle destiné à être mis en oeuvre dans un véhicule comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie ayant une puissance disponible, et un moteur thermique et au moins une machine motrice non-thermique fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train en consommant respectivement du carburant et de la puissance du moyen de stockage d’énergie.
Ce procédé de contrôle se caractérise par le fait qu’il comprend une étape dans laquelle on détermine une puissance maximale consommable par la machine motrice non-thermique en fonction d’une quantité de carburant disponible, cette puissance maximale étant d’autant plus faible que cette quantité est faible.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l’unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant une chaîne de transmission hybride et un calculateur de supervision équipé d’un dispositif de contrôle selon l’invention,
L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de contrôle DC destiné à équiper un véhicule V comprenant une chaîne de transmission hybride comportant un moteur thermique MT et au moins une machine motrice non-thermique MM fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train T1 en consommant respectivement du carburant et de la puissance d’au moins un moyen de stockage d’énergie MS1.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule hybride comportant au moins un moteur thermique et au moins une machine motrice non-thermique fournissant du couple pour au moins un train (ou analogue). Par conséquent, l’invention concerne non seulement les véhicules terrestres, mais également les véhicules maritimes (ou fluviaux) et les aéronefs.
On entend ici par « machine motrice non-thermique >> une machine agencée de manière à fournir ou récupérer du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d’un moteur thermique. Il pourra par exemple s’agir d’une machine (ou moteur) électrique, d’une machine hydraulique, d’une machine pneumatique (ou à air comprimé), ou d’un volant d’inertie.
Par ailleurs, on entend ici par « moteur thermique >> une machine ou un moteur consommant du carburant pour produire du couple pour déplacer un véhicule.
On a schématiquement représenté sur l’unique figure un véhicule V comprenant une chaîne de transmission hybride, un calculateur de supervision CS propre à superviser (ou gérer) le fonctionnement de la chaîne de transmission, et un dispositif de contrôle DC selon l’invention.
La chaîne de transmission hybride comprend ici, notamment, un moteur thermique MT, un arbre moteur AM, des moyens de couplage EM, une machine motrice non-thermique MM, des moyens de changement de rapport BV, un premier moyen de stockage d’énergie MS1 et un arbre de transmission AT.
Le moteur thermique comprend un vilebrequin (non représenté) qui est solidarisé fixement à l’arbre moteur AM afin d’entraîner ce dernier (AM) en rotation. Il est destiné à fournir du couple pour au moins un premier train T1 (ici de roues), via les moyens de couplage EM, la machine motrice (nonthermique) MM, et les moyens de changement de rapport BV. Mais dans une variante de réalisation il pourrait fournir du couple pour au moins un train via les moyens de couplage EM et les moyens de changement de rapport BV.
Par exemple, le premier train T1 est situé à l’avant du véhicule V, et couplé à l’arbre de transmission AT, de préférence, et comme illustré, via un différentiel (ici avant) D1. Mais dans une variante ce premier train T1 pourrait être situé à l’arrière du véhicule V.
Les moyens de couplage EM sont chargés de coupler/découpler l’arbre moteur AM (couplé au moteur thermique MT) à/de la machine motrice MM, sur ordre du calculateur de supervision CS, afin de communiquer du couple qu’elle produit. Ces moyens de couplage EM peuvent être de tout type dès lors qu’ils peuvent prendre au moins un premier état (couplé) dans lequel il assure le couplage entre le moteur thermique MT et la machine motrice MM, et un deuxième état (découplé) dans lequel il découple le moteur thermique MT de la machine motrice MM. Par conséquent, les moyens de couplage EM peuvent se présenter sous la forme d’un embrayage sec ou humide, ou d’un convertisseur de couple, par exemple.
La machine motrice MM est couplée au premier moyen de stockage d’énergie MS1 afin d’être alimentée en énergie ou d’alimenter ce dernier (MS1) en énergie. Elle est également couplée à la sortie des moyens de couplage EM et à l’arbre primaire AP des moyens de changement de rapport BV.
On considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que la machine motrice MM est de type électrique. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de machine motrice non-thermique. Ainsi, elle concerne également et notamment les machines (ou moteurs) hydrauliques, les machines (ou moteurs) pneumatiques (ou à air comprimé), et les volants d’inertie.
Etant donné que l’on considère ici que la machine motrice MM est de type électrique, le premier moyen de stockage d’énergie MS1 qui l’alimente en énergie est agencé pour stocker de l’énergie électrique, par exemple en basse tension (typiquement 220 V à titre illustratif).
Les moyens de changement de rapport BV peuvent, par exemple, être agencés sous la forme d’une boîte de vitesses. Ils comprennent l’arbre primaire AP qui est destiné à recevoir du couple de la machine motrice MM, et un arbre secondaire destiné à recevoir ce couple via l’arbre primaire AP afin de le communiquer à l’arbre de transmission AT auquel il est couplé et qui est couplé indirectement aux roues motrices (ici avant) du véhicule V via le différentiel D1. Mais dans une variante de réalisation les moyens de changement de rapport BV pourraient, par exemple, comprendre au moins un train épicycloïdal comprenant un, deux ou trois synchronisateurs. On notera que les moyens de changement de rapport BV doivent proposer au moins un rapport.
On notera également, comme illustré non limitativement sur l’unique figure, que la chaîne de transmission peut également comprendre un démarreur ou un alterno-démarreur AD couplé au moteur thermique MT et chargé de lancer ce dernier (MT) afin de lui permettre de démarrer. Ce lancement se fait grâce à de l’énergie électrique qui est, par exemple et comme illustré non limitativement, stockée dans un second moyen de stockage MS2. Ce second moyen de stockage MS2 peut être agencé sous la forme d’une batterie très basse tension (par exemple 12 V, 24 V ou 48V). Cette dernière (MS2) peut, par exemple, alimenter un réseau de bord auquel sont connectés des équipements électriques du véhicule V. On notera que le second moyen de stockage MS2 peut, comme illustré non limitativement, être couplé au premier moyen de stockage d’énergie MS1 et à la machine motrice MM via un convertisseur CV de type DC/DC, afin de pouvoir être rechargé.
Les fonctionnements d’au moins le moteur thermique MT et la machine motrice MM, ainsi qu’éventuellement des moyens de couplage EM et/ou des moyens de changement de rapport BV, peuvent être contrôlés par le calculateur de supervision CS.
On notera que la chaîne de transmission pourrait également comprendre une autre machine motrice non-thermique en complément de sa machine motrice MM. Dans ce cas, cette autre machine motrice nonthermique est chargée de fournir du couple pour un second train T2 du véhicule V, par exemple situé à l’arrière, à partir de l’énergie stockée dans le premier moyen de stockage d’énergie MS1. Elle fonctionne alors soit seule soit en complément du moteur thermique MT et/ou de la machine motrice MM, en fonction des commandes fournies par le calculateur de supervision CS.
Comme indiqué précédemment, l’invention propose un dispositif de contrôle DC destiné à équiper le véhicule V afin de contrôler la puissance maximale pm consommable par sa (ses) machine(s) motrice(s) MM.
Dans l’exemple non limitatif illustré sur l’unique figure, le dispositif de contrôle DC fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n’est pas obligatoire. Ce dispositif de contrôle DC pourrait en effet être un équipement couplé au calculateur de supervision CS, directement ou indirectement. Par conséquent, le dispositif de contrôle DC peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d’une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.
Un dispositif de contrôle DC, selon l’invention, comprend des moyens de contrôle MC qui sont agencés de manière à déterminer la puissance maximale pm consommable par la machine motrice MM en fonction de la quantité de carburant disponible qc, cette puissance maximale pm étant d’autant plus faible que cette quantité qc est faible. Chaque puissance maximale pm déterminée est communiquée par le dispositif de contrôle DC au calculateur de supervision CS en vue de son utilisation immédiate en tant que paramètre de gestion.
En d’autres termes, on limite les performances motrices (ici) électriques du véhicule V en fonction de la quantité de carburant disponible qc, afin d’augmenter son autonomie kilométrique. On considère en effet qu’il est préférable de parcourir plus de kilomètres à une vitesse plus faible et/ou avec des accélérations plus faibles que celle(s) demandée(s) par le conducteur, afin d’augmenter la probabilité de rejoindre une station-service pour récupérer du carburant et donc des performances.
On notera que les moyens de contrôle MC peuvent, par exemple, déterminer la puissance maximale pm de façon périodique.
On notera également que la quantité de carburant disponible qc est une information qui est facilement accessible dans le véhicule V, éventuellement dans le calculateur de supervision CS.
Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour les moyens de contrôle MC.
Dans un premier mode de réalisation, les moyens de contrôle MC peuvent être agencés de manière à déterminer la puissance maximale pm consommable par la machine motrice MM en fonction d’une loi de décroissance qui a pour variable la quantité de carburant disponible qc.
En présence de ce premier mode de réalisation, la loi de décroissance peut, par exemple, être linéaire. En variante, la loi de décroissance peut, par exemple, être proportionnelle à une puissance négative d’ordre n de la quantité qc, avec n > 1. On a alors une loi de décroissance de type pm = A*qcn, où A est une constante de proportionnalité choisie. Au lieu d’utiliser une loi de décroissance, on peut utiliser une cartographie non linéaire mais monotone décroissante.
On notera que l’on peut coupler la loi de décroissance ou la cartographie non linéaire mais monotone décroissante à des informations, par exemple de trafic, de navigation ou de positionnement (éventuellement GPS), transmises par une radio, ou relatives à l’environnement (feux, signalisation, et analogues).
Dans un second mode de réalisation, les moyens de contrôle MC peuvent être agencés de manière à déterminer la puissance maximale pm consommable par la machine motrice MM en fonction d’un intervalle de valeurs auquel appartient la quantité de carburant disponible qc. Cet intervalle fait partie d’un ensemble de N intervalles qui sont associés respectivement à N puissances maximales pm différentes, avec N > 2. En d’autres termes, la puissance maximale pm prend des valeurs discrètes non continues selon l’intervalle de valeurs auquel appartient la quantité de carburant disponible qc. Par exemple, on peut avoir un premier intervalle [60 litres ; 31 litres] associé à une puissance maximale pm de 100%, un deuxième intervalle [30 litres ; 21 litres] associé à une puissance maximale pm de 90%, un troisième intervalle [20 litres ; 11 litres] associé à une puissance maximale pm de 70%, un quatrième intervalle [10 litres ; 5 litres] associé à une puissance maximale pm de 50%, et un cinquième intervalle [4 litres ; 0 litres] associé à une puissance maximale pm de 30%.
On notera que le véhicule V peut éventuellement comprendre un ensemble d’équipements électriques consommateurs de puissance du moyen de stockage d’énergie MS1, et autres que la machine motrice MM (comme par exemple une autre machine motrice électrique couplée au second train T2 du véhicule V (ici le train arrière)). Dans ce cas, les moyens de contrôle MC peuvent être agencés de manière à déterminer une autre puissance maximale pm’ consommable par cet ensemble en fonction de la puissance maximale pm consommable par la machine motrice MM. Cette autre puissance maximale pm’ est d’autant plus faible que la puissance maximale pm consommable par la machine motrice non-thermique MM est faible.
En d’autres termes, en présence de cette dernière option on limite également les performances d’au moins un équipement électrique ou on empêche le fonctionnement d’au moins un équipement électrique lorsque la puissance maximale pm est déjà limitée. Cela permet en effet d’augmenter encore plus l’autonomie kilométrique du véhicule V.
Tout type de loi peut être utilisé pour définir l’évolution de pm’ en fonction de pm. Par exemple, on peut utiliser une loi de type pm’ = pm - B, où B est une valeur variable.
Dans une variante utilisant deux machines motrices (dont MM), on peut limiter la puissance allouée à ces machines motrices MM, puis appliquer une stratégie de répartition de puissance entre ces deux machines motrices MM.
On notera que le dispositif de contrôle DC peut être agencé de manière à alerter le conducteur du véhicule V d’une baisse volontaire de la puissance maximale pm consommable par la machine motrice MM en raison de la quantité de carburant disponible qc, de sorte qu’il ne soit pas désagréablement surpris par une baisse de performance. Cette alerte peut se faire par diffusion d’un message sonore via au moins un haut-parleur du véhicule V et/ou affichage d’un message textuel sur au moins un écran du véhicule V.
Il est également important de noter que l’invention peut être également considérée sous l’angle d’un procédé de contrôle, pouvant être notamment mis en oeuvre au moyen d’un dispositif de contrôle DC du type de celui présenté ci-avant. Les fonctionnalités offertes par la mise en oeuvre du procédé selon l’invention étant identiques à celles offertes par le dispositif de contrôle DC présenté ci-avant, seule la combinaison de fonctionnalités principales offerte par le procédé est présentée ci-après.
Ce procédé de contrôle comprend une étape dans laquelle on (le dispositif de contrôle DC du véhicule V) détermine la puissance maximale pm consommable par la machine motrice non-thermique MM en fonction de la quantité de carburant disponible qc, cette puissance maximale pm étant d’autant plus faible que cette quantité qc est faible.
Cette étape peut, par exemple, être réalisée de façon périodique.
Claims (10)
1. Dispositif de contrôle (DC) pour un véhicule (V) comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie (MS1) ayant une puissance disponible, et un moteur thermique (MT) et au moins une machine motrice non-thermique (MM) fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train (T1) en consommant respectivement du carburant et de la puissance dudit moyen de stockage d’énergie (MS1), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de contrôle (MC) déterminant une puissance maximale consommable par ladite machine motrice nonthermique (MM) en fonction d’une quantité de carburant disponible, cette puissance maximale étant d’autant plus faible que ladite quantité est faible.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) déterminent ladite puissance maximale consommable par ladite machine motrice non-thermique (MM) en fonction d’une loi de décroissance ayant pour variable ladite quantité de carburant disponible.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite loi de décroissance est linéaire.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite loi de décroissance est proportionnelle à une puissance négative d’ordre n de ladite quantité, avec n > 1.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) déterminent ladite puissance maximale consommable par ladite machine motrice non-thermique (MM) en fonction d’un intervalle de valeurs auquel appartient ladite quantité de carburant disponible, cet intervalle faisant partie d’un ensemble de N intervalles associés respectivement à N puissances maximales différentes, avec N > 2.
6. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque ledit véhicule (V) comprend un ensemble d’équipements électriques consommateurs de puissance dudit moyen de stockage d’énergie (MS1), lesdits moyens de contrôle (MC) déterminent une autre puissance maximale consommable par cet ensemble en fonction de ladite puissance maximale consommable par ladite machine motrice non-thermique (MM), cette autre puissance maximale étant d’autant plus faible que ladite puissance maximale consommable par ladite machine motrice non-thermique (MM) est faible.
7. Véhicule (V) comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie (MS1) ayant une puissance disponible, et un moteur thermique (MT) et au moins une machine motrice non-thermique (MM) fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train (T1) en consommant respectivement du carburant et de la puissance dudit moyen de stockage d’énergie (MS1), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC) selon l’une des revendications précédentes.
8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite machine motrice non-thermique (MM) est de type électrique, et ledit moyen de stockage d’énergie (MS1) stocke de l’énergie électrique.
9. Véhicule selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.
10. Procédé de contrôle (DC) pour un véhicule (V) comprenant au moins un moyen de stockage d’énergie (MS1) ayant une puissance disponible, et un moteur thermique (MT) et au moins une machine motrice non-thermique (MM) fournissant respectivement des premier et second couples pour au moins un train (T1) en consommant respectivement du carburant et de la puissance dudit moyen de stockage d’énergie (MS1), caractérisé en ce qu’il comprend une étape dans laquelle on détermine une puissance maximale consommable par ladite machine motrice non-thermique (MM) en fonction d’une quantité de carburant disponible, cette puissance maximale étant d’autant plus faible que ladite quantité est faible.
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Patent Citations (5)
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