FR3092544A1 - Dispositif de gestion de la mise en œuvre d’un calcul du rendement d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile électrique - Google Patents

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Abstract

Dispositif de contrôle (13) d’un système d’embrayage (12) de véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique, un moteur électrique (5) relié en permanence à un vilebrequin du moteur thermique, une batterie (6), et une boîte de vitesse automatique (9), comprenant des moyens de commande (14) configurés pour alterner entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage (12) lors du roulage du véhicule en fonction au moins de l’état de charge de la batterie (6) dudit véhicule lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule est relâchée. Figure pour l’abrégé : Fig.1A

Description

Dispositif de gestion de la mise en œuvre d’un calcul du rendement d’une chaîne de traction d’un véhicule automobile électrique
La présente invention concerne les véhicules automobiles hybrides et se rapporte plus particulièrement aux groupes motopropulseurs hybrides.
Un groupe motopropulseur (souvent abrégé GMP) d’un véhicule automobile est l’ensemble des éléments participant à sa motricité.
Pour réduire la consommation des véhicules et par conséquent les émissions de polluants, on peut utiliser un groupe motopropulseur hybride qui comprend : une machine thermique, ou moteur thermique ; une machine électrique, qui peut dans plusieurs types d’architecture être reliée en permanence au vilebrequin de la machine thermique ; une boîte de vitesse, notamment une boîte automatique ; un système d’embrayage ; des composants de puissance ; et, un calculateur.
Par « hybride » on entend également mais non limitativement des groupes motopropulseurs hybrides légers (« mild-hybrids » en anglais) dans lesquels la machine électrique est une machine de faible puissance, et des motopropulseurs micro-hybrides qui représentent le niveau le plus faible d’hybridation.
Lors des phases de levée de pied de la pédale d’accélérateur du véhicule par le conducteur, plusieurs stratégies permettent de réduire la consommation de carburant, notamment :
  • Le freinage régénératif qui permet de transformer l’énergie cinétique du véhicule en énergie électrique et la stocker dans une batterie, afin de fournir du couple aux roues sans consommer de carburant, et
  • Le couplage de la roue libre (ou « sailing idle » en anglais), c’est-à-dire de l’ouverture de l’embrayage, et de l’arrêt de la machine thermique (ce mode de couplage étant bien connu de l’homme de métier par l’expression « sailing stop » en anglais), qui permet d’augmenter la distance parcourue par le véhicule sans consommation de carburant.
Dans le cas des groupes motopropulseurs hybrides comprenant une machine électrique qui est reliée en permanence à la machine thermique, une condition nécessaire pour assurer un freinage régénératif, est de fermer l’embrayage. En revanche, pour assurer le mode dit de « sailing stop », l’embrayage doit s’ouvrir, pour ensuite caler le moteur thermique.
Etant donné les besoins de couplage de l’embrayage opposés de ces deux stratégies, elles ne peuvent pas s’exécuter en même temps.
Avec des législations de plus en plus restrictives en termes d’émissions de polluants, il est toujours souhaitable d’optimiser l’hybridation des véhicules automobiles pour réduire lesdites émissions.
L’enjeu est donc de réussir à contrôler la combinaison des deux stratégies antagonistes sur un même véhicule pour réduire la consommation de carburant. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un procédé de contrôle d’un système d’embrayage de véhicule hybride automobile comprenant une machine thermique, une machine électrique reliée en permanence à un vilebrequin de la machine thermique, une batterie, et une boîte de vitesse automatique, dans lequel on alterne entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage lors du roulage du véhicule en fonction au moins de l’état de charge de la batterie dudit véhicule lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule est relâchée.
L’état de charge de la batterie permet de préférer une stratégie à une autre et, par conséquent d’optimiser la consommation de carburant.
Préférentiellement, on ouvre l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est supérieur à une première valeur seuil et lorsqu’il y a un relâchement de la pédale de frein et un positionnement du levier de vitesse de la boîte de vitesse automatique en marche avant.
Suite au freinage régénératif lors du relâchement de la pédale d’accélérateur, le niveau de charge de la batterie augmente jusqu’à atteindre une valeur maximale qui est représentative d’un état de charge pratiquement maximal de la batterie. Dans ce cas, le freinage régénératif n’est plus utile. On ouvre donc l’embrayage si certaines conditions sont satisfaites.
Avantageusement, on ferme l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est inférieur à une deuxième valeur seuil, inférieure à la première valeur seuil, et lorsque la machine thermique est allumée.
Par « machine thermique allumée » on entend que la machine thermique tourne au ralenti et que la batterie fournit l’énergie nécessaire aux accessoires du véhicule par exemple.
La charge de la batterie du véhicule diminue jusqu’à atteindre la deuxième valeur seuil. Dans ce cas, si certaines conditions pour arrêter la machine thermique ne sont pas remplies, on ferme l’embrayage pour activer le freinage régénératif.
De préférence, on ferme l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est inférieur à une troisième valeur seuil, inférieure à la deuxième valeur seuil, et lorsque la machine thermique est éteinte (i.e. arrêtée).
On éteint la machine thermique sous certaines conditions, par exemple si des contraintes de température au niveau de la machine thermique sont satisfaites, en plus du fait d’être en roue libre.
Si le niveau de charge de la batterie devient inférieur à ladite troisième valeur seuil, on ferme l’embrayage pour réactiver le freinage régénératif.
On comprend de ce qui précède que la deuxième valeur seuil est comprise entre la première valeur seuil et la troisième valeur seuil.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de contrôle d’un système d’embrayage de véhicule hybride automobile comprenant une machine thermique, une machine électrique reliée en permanence à un vilebrequin de la machine thermique, une batterie et une boîte de vitesse automatique, comprenant des moyens de commande configurés pour alterner entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage lors du roulage du véhicule en fonction au moins de l’état de charge de la batterie dudit véhicule lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule est relâchée.
Avantageusement, les moyens de commande sont configurés pour ouvrir l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est supérieur à une première valeur seuil, lorsque la pédale de frein est relâchée et lorsque le levier de la boîte de vitesse automatique est positionné en marche avant.
De préférence, les moyens de commande sont configurés pour fermer l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est inférieur à une deuxième valeur seuil inférieure à la première valeur seuil et lorsque la machine thermique est allumée.
Préférentiellement, les moyens de commande sont configurés pour fermer l’embrayage lorsque le niveau de charge de la batterie est inférieur à une troisième valeur seuil inférieure à la deuxième valeur seuil et lorsque la machine thermique est éteinte.
Selon l’invention, le véhicule hybride comprend une architecture comprenant des moyens de liaison configurés pour relier la machine thermique en permanence à un vilebrequin de la machine électrique.
Avantageusement, le véhicule hybride comprend une architecture dans laquelle la machine électrique est intercalée entre la machine thermique et la boîte de vitesse automatique.
L’invention a encore pour objet un véhicule hybride automobile comprenant un dispositif de contrôle tel que défini ci-avant.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
représente de manière schématique une première configuration des composants d’un groupe motopropulseur hybride d’un véhicule automobile apte à la mise en œuvre du procédé de contrôle selon l’invention.
illustre de manière schématique une seconde configuration alternative des composants dudit groupe motopropulseur hybride.
représente un diagramme de flux d’un procédé de de contrôle d’un système d’embrayage du véhicule hybride.
illustre sept graphiques représentant l’évolution des différents paramètres permettant de contrôler le système dudit embrayage.
Sur la figure 1A est représenté un groupe motopropulseur hybride 1 d’un véhicule automobile comprenant une machine thermique 2 configurée pour transformer une énergie thermique en énergie mécanique linéaire puis rotative par un vilebrequin.
Par « hybride » on entend également mais non limitativement des groupes motopropulseurs hybrides légers (« mild-hybrids » en anglais) dans lesquels la machine électrique est une machine de faible puissance, et des motopropulseurs micro-hybrides qui représentent le niveau le plus faible d’hybridation.
La machine thermique 2 est reliée à un démarreur 3 par exemple un démarreur électrique configuré pour enclencher sa mise en rotation par un engrenage 4.
Le véhicule comprend également une machine électrique 5 dite réversible susceptible de se comporter soit en « moteur » soit en « générateur » c’est-à-dire produire une énergie mécanique à partir d’une énergie électrique et inversement.
L’énergie électrique est stockée dans une batterie 6 reliée à un convertisseur 7.
Selon l’invention, la machine électrique est reliée en permanence au vilebrequin de la machine thermique. Ici, la machine électrique 5 est reliée parallèlement à la machine thermique 2 par des moyens de liaison 8, par exemple une courroie.
Le groupe motopropulseur 1 comprend également une boîte de vitesse automatique 9 comportant un levier de vitesse par exemple de type PRND (pour « Park, Reverse, Neutral et Drive » en anglais) et configuré pour déterminer le régime de la machine thermique 2.
La boîte de vitesse automatique 9 est reliée à un différentiel 10 configuré pour permettre à des roues motrices 11 de tourner à des vitesses différentes lors d’un virage par exemple.
Le groupe motopropulseur 1 comporte un embrayage 12 situé entre la boîte de vitesse 9 et la machine thermique 2. L’embrayage 12 est configuré pour permettre d’éviter les à-coups qui pourraient provoquer l’arrêt de la machine thermique 2.
Le groupe motopropulseur 1 comprend par ailleurs un dispositif de contrôle 13 du système d’embrayage 12 relié à la batterie 6 et à la boîte de vitesse 9.
Le dispositif de contrôle 13 du système d’embrayage 12 est également relié à des moyens de mesure configurés par exemple pour mesurer la température de la machine thermique 2.
Le dispositif de contrôle 13 comporte des moyens de commande 14 configurés pour alterner entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage 12 en fonction au moins de l’état de charge de la batterie 6 lors des phases de levée de pied c’est-à-dire lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule automobile hybride est relâchée.
D’autres paramètres sont pris en compte par exemple la position du levier de vitesse et la vitesse du véhicule.
En fonction de ces paramètres, les moyens de commande 14 choisissent d’ouvrir ou de fermer l’embrayage 12.
Une seconde configuration alternative des composants dudit groupe motopropulseur hybride 1 est illustrée dans la figure 1B.
Elle diffère de la précédente en ce que la machine électrique 5 est couplée entre la machine thermique 2 et la boîte de vitesse 9.
On se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 2 qui illustre un diagramme de flux d’un procédé de contrôle du système d’embrayage 12 du groupe motopropulseur hybride 1.
Dans la première étape S0, l’embrayage 12 est fermé et le conducteur du véhicule automobile hybride comportant ledit groupe motopropulseur 1, appuie sur la pédale d’accélérateur.
Dans l’étape S1, les moyens de commande 14 vérifient si le conducteur a levé le pied de la pédale d’accélérateur. Si tel est le cas, on passe à l’étape S2. Dans le cas contraire, les moyens de commande 14 reprennent à l’étape S1 et vérifient à nouveau si le conducteur a levé le pied de la pédale d’accélérateur.
Dans l’étape S2, lors des phases de levée de pied de la pédale d’accélérateur, le freinage régénératif est activé car l’embrayage 12 est fermé, permettant de récupérer l’énergie cinétique du véhicule sous forme électrique. Cette énergie est stockée dans la batterie 6.
Dans les groupes motopropulseurs micro-hybrides et hybrides légers, la capacité de stockage d’énergie électrique de la batterie 6 est assez faible, par exemple de l’ordre du kilowatt-heure. La batterie 6 sature rapidement, c’est-à-dire que son niveau de charge SOC atteint une première valeur seuil SOCut représentative du niveau de charge maximal que la batterie 6 peut tolérer.
Une fois la batterie 6 pleine ou quasiment pleine, le freinage régénératif n’est plus utile pour la réduction de la consommation de carburant. Il est même contre-productif car, si le freinage régénératif n’est pas inhibé, la machine électrique 5 freine le véhicule alors que le but est au contraire de conserver le plus possible l’inertie du véhicule en mouvement.
Pour ces raisons, les moyens de commande 14 vérifient si le niveau de charge de la batterie 6 est supérieur à ladite valeur seuil SOCut. Si tel est le cas, on passe à l’étape S3. Sinon, on passe à l’étape S9 et on n’inhibe pas le freinage régénératif
Dans l’étape S3, le freinage régénératif est inhibé et une stratégie de coupure d’injection de carburant dans la machine thermique est mise en place. Aucun carburant n’est injecté. Les pertes, par exemple par pompage, friction moteur, friction coupleur et accessoires conduisent à créer un couple négatif. Il est donc avantageux d’ouvrir l’embrayage 12 pour retirer le couple résistant liés au couplage entre les machines motrices et les roues (communément appelé frein moteur). L’embrayage 12 ainsi ouvert permet de parcourir une plus longue distance grâce à l’inertie du véhicule.
Pour ouvrir l’embrayage 12, les moyens de commande 14 vérifient si les conditions d’ouverture de l’embrayage 12 sont satisfaites c’est-à-dire si les pédales d’accélérateur et de frein sont relâchées et si le levier de vitesse est en position marche avant (« drive » en anglais). On peut également ajouter d’autres conditions à satisfaire consistant par exemple à vérifier que la vitesse du véhicule est comprise dans une plage de vitesses prédéfinies.
Si lesdites conditions d’ouverture de l’embrayage 12 sont satisfaites, on passe à l’étape S4 dans laquelle on ouvre l’embrayage 12. Si tel n’est pas le cas, on revient à l’étape S1.
Une fois l’embrayage ouvert à l’étape S4, il est avantageux d’éteindre la machine thermique 2 pour augmenter la distance parcourue sans consommer davantage de carburant.
Pour ce faire, les moyens de commande 14 doivent d’abord s’assurer que certaines conditions sont respectées à l’étape S5. On peut citer par exemple des contraintes de température de la machine thermique 2 ou des besoins à satisfaire comme la production d’énergie pour la climatisation du véhicule.
L’arrêt de la machine thermique, tandis que le véhicule est en roue libre, permet de réduire la consommation du véhicule hybride sur un cycle WLTP (pour « Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure » en anglais) de l’ordre de 3% environ par rapport à un véhicule sans stratégie de « sailing stop ».
Si ces conditions sont satisfaites, on passe à l’étape S6. Sinon, on passe à l’étape S8.
Dans l’étape S8, les moyens de commande 14 maintiennent la machine thermique 2 allumée et la font fonctionner au ralenti pour compenser des couples résistants et le cas échéant fournir de l’énergie à des accessoires tels qu’un compresseur de climatisation. Cependant, le gain en termes de consommation est moins intéressant que le gain en freinage régénératif une fois que le niveau de charge SOC de la batterie 6 devient inférieur à une deuxième valeur seuil SOCmt qui est inférieur à la première valeur seuil SOCut. Les moyens de commande 14 ferment l’embrayage 12 dans l’étape S9 pour activer le freinage régénératif.
Dans l’étape S6, une fois les conditions satisfaites à l’étape S5, on éteint la machine thermique 2. Le mode dit « sailing stop » est donc activé. Dans ce cas, c’est la batterie 6 qui fournit l’énergie électrique nécessaire aux différents accessoires du véhicule. Mais si le niveau de charge SOC de la batterie 6 devient inférieur à une troisième valeur seuil SOClt inférieur à la deuxième valeur seuil SOCmt dans l’étape S7, les moyens de commande 14 désactivent le fonctionnement en roue libre, ferment l’embrayage 12 et réactivent le freinage régénératif. La machine thermique 5 est démarrée, par exemple grâce au démarreur 3 ou par la machine électrique.
Le fonctionnement de l’algorithme sera détaillé ci-après dans la figure 3 qui illustre sept graphiques G1 à G7 représentant l’évolution des différents paramètres permettant de contrôler le système dudit embrayage, en fonction du temps sur l’axe des abscisses, et cela à titre d’exemple.
Le premier graphique G1 représente l’évolution de la position de la pédale de l’accélérateur en pourcentage en fonction du temps. Sur l’axe des ordonnées, 100% d’enfoncement représente la position dite de « pied à fond », et 0% d’enfoncement représente la position dite de « pied levé ».
Le deuxième graphique G2 illustre l’évolution de l’état de charge SOC de la batterie, en pourcentage de la capacité de charge maximale de la batterie 6, en fonction du temps.
Le troisième graphique G3 représente l’évolution de l’état du freinage régénératif (c’est-à-dire s’il est activé ou désactivé) en fonction du temps. Plus précisément, sur l’axe des ordonnées, cet état est matérialisé par un booléen qui prend la valeur 1 si le freinage régénératif est activé, et la valeur 0 s’il est désactivé.
Le quatrième graphique G4 représente les résultats de l’étape S3 en fonction du temps. Plus précisément, sur l’axe des ordonnées, on a représenté un booléen qui prend la valeur 1 si l’embrayage est ouvert, et la valeur 0 s’il est fermé.
Le cinquième graphique G5 représente les résultats de l’étape S5 en fonction du temps. Plus précisément, sur l’axe des ordonnées, on a représenté un booléen qui prend la valeur 1 si la machine thermique peut être arrêtée, et la valeur 0 si elle n’est pas arrêtée.
Les sixième et septième graphiques G6, G7 représentent l’évolution de l’état de la machine thermique 2 en mode roue libre, c’est-à-dire si la machine tourne ou non au ralenti en fonction du temps, et que l’embrayage est ouvert. Plus précisément, sur l’axe des ordonnées du graphique G6, on a représenté un booléen qui prend la valeur 1 si, simultanément, l’embrayage est ouvert et le moteur n’est pas arrêté (fonctionnement au ralenti), et qui prend la valeur 0 si l’une au moins de ces deux conditions n’est pas remplie ; sur l’axe des ordonnées du graphique G7, on a représenté un booléen qui prend la valeur 1 si, simultanément, l’embrayage est ouvert et le moteur est éteint, et qui prend la valeur 0 si l’une au moins l’une au moins de ces deux conditions n’est pas remplie.
A l’instant 0, la pédale de l’accélérateur est enfoncée à 100% et l’état de charge SOC de la batterie SOC est ici à 70% de sa capacité de charge maximale (cf graphique G2). Etant donné que la pédale de l’accélérateur est enfoncée (cf graphique G1), le freinage régénératif et la roue libre sont désactivés, et donc présentent des booléens égaux à 0.
A l’instant 1, le conducteur commence à relâcher la pédale de l’accélérateur jusqu’à un relâchement complet et donc égal à 0%. La condition du relâchement de la pédale de l’accélérateur est satisfaite à l’étape S1. Le freinage régénératif est donc activé c’est-à-dire présente un booléen égal à 1 comme illustré sur le graphique G3.
L’état de charge SOC de la batterie 6 passe de 70% à 100% entre les instants 1 et 3 sur le graphique G2. Il dépasse donc la première valeur seuil SOCut. Le freinage régénératif est désactivé à l’instant 3 par l’ouverture de l’embrayage une fois les conditions de son ouverture satisfaites comme illustré sur le graphique G4.
Dans cet exemple, les conditions de l’arrêt de la machine thermique 2 ne sont pas encore satisfaites. La machine thermique 2 tourne donc au ralenti comme illustré dans le graphique G6 entre les instants 3 et 4.
Une fois les conditions de l’arrêt de la machine thermique 2 satisfaites à l’étape S5, ce qui correspond au passage du booléen du graphique G5 à la valeur 1 à l’instant 4, les moyens de commande 14 éteignent, dans l’étape S6, la machine thermique 2. Cela est représenté sur le graphique G6 à l’instant 4 (le booléen prend la valeur 0). Le mode dit de « sailing stop », combinaison de la roue libre et de l’arrêt de la machine thermique, est activé à l’instant 4 comme illustré sur le graphique G7 (le booléen prend la valeur 1).
A l’instant 7, l’état de charge SOC de la batterie 6 devient inférieur à la troisième valeur seuil SOClt comme illustré sur le graphique G1. La roue libre est désactivée et le freinage régénératif est réactivé dans l’étape S9 en refermant l’embrayage 12.
De l’instant 7 à 9, l’état de charge SOC de la batterie 6 passe de 80% à 90% de la charge maximale. A l’instant 9, le conducteur appuie de nouveau sur la pédale de l’accélérateur comme illustré sur le graphique G1. Le freinage régénératif est de nouveau désactivé.

Claims (8)

  1. Procédé de contrôle d’un système d’embrayage (12) de véhicule automobile hybride comprenant une machine thermique (2), une machine électrique (5) reliée en permanence à un vilebrequin de la machine thermique, une batterie (6), et une boîte de vitesse automatique (9), caractérisé en ce qu’on alterne entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage (12) lors du roulage du véhicule en fonction au moins de l’état de charge (SOC) de la batterie (6) dudit véhicule, lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule est relâchée.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on ouvre l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge (SOC) de la batterie (6) est supérieur à une première valeur seuil (SOCut) et lorsqu’il y a un relâchement de la pédale de frein et un positionnement du levier de vitesse de la boîte de vitesse (9) automatique en marche avant.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on ferme l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge (SOC) de la batterie (6) est inférieur à une deuxième valeur seuil (SOCmt) inférieure à la première valeur seuil (SOCut) et lorsque la machine thermique (2) est allumée.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on ferme l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge de la batterie (SOC) est inférieur à une troisième valeur seuil (SOClt) inférieure à la deuxième valeur seuil (SOCmt) et lorsque la machine thermique (2) est éteinte.
  5. Dispositif de contrôle (13) d’un système d’embrayage (12) de véhicule automobile hybride comprenant une machine thermique (2), une machine électrique (5) reliée en permanence à un vilebrequin de la machine thermique , une batterie (6), une boîte de vitesse automatique (9) et une machine thermique (2), comprenant des moyens de commande (14) configurés pour alterner entre la fermeture et l’ouverture de l’embrayage (12) lors du roulage du véhicule en fonction au moins de l’état de charge (SOC) de la batterie (6) dudit véhicule lorsque la pédale de l’accélérateur du véhicule est relâchée.
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de commande (14) sont configurés pour ouvrir l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge (SOC) de la batterie (6) est supérieur à une première valeur seuil (SOCut), lorsque la pédale de frein est relâchée et lorsque le levier de la boîte de vitesse automatique (9) est positionné en marche avant.
  7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de commande (14) sont configurés pour fermer l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge (SOC) de la batterie (6) est inférieur à une deuxième valeur seuil (SOCmt) inférieure ç la première valeur seuil (SOCut) et lorsque la machine thermique (2) est allumée.
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de commande (14) sont configurés pour fermer l’embrayage (12) lorsque le niveau de charge (SOC) de la batterie (6) est inférieur à une troisième valeur seuil (SOClt) inférieure à la deuxième valeur seuil (SOCmt) et lorsque la machine thermique (2) est éteinte.
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