FR3102441A1 - Procede de pilotage d'un alterno-demarreur a rotor bobine dans une architecture de traction hybride - Google Patents

Procede de pilotage d'un alterno-demarreur a rotor bobine dans une architecture de traction hybride Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues (17), ladite chaîne de traction comportant un moteur thermique (11), un moteur électrique de traction (13), et une machine électrique réversible (19) à rotor bobiné accouplée avec le moteur thermique (11), ledit véhicule étant dans une phase de roulage électrique, ledit procédé comportant: - une étape de détermination d'une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11), - une étape de préfluxage de la machine électrique réversible (19) dans le cas où une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11) est considérée comme élevée, et - dans le cas où un couple aux roues demandé par un conducteur dépasse un seuil de couple de démarrage du moteur thermique (11), ledit procédé comporte une étape de démarrage du moteur thermique (11) au moyen de la machine électrique réversible (19). Figure 2

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN ALTERNO-DEMARREUR A ROTOR BOBINE DANS UNE ARCHITECTURE DE TRACTION HYBRIDE
La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'un alterno-démarreur à rotor bobiné dans une architecture de traction hybride, notamment pour véhicule automobile.
De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile peut comporter un moteur thermique et un moteur électrique de traction implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant.
Le moteur électrique de traction est accouplé au moteur thermique par l'intermédiaire d'un premier embrayage. Le moteur électrique de traction est accouplé avec une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage. L'arbre de sortie de la boîte de vitesses est en prise avec les roues du véhicule.
Par ailleurs, une machine électrique tournante de type réversible est accouplée au moteur thermique via la façade accessoires intégrant par exemple également un compresseur de climatisation. A cet effet, un dispositif de transmission de mouvement entre le moteur thermique et la machine électrique pourra par exemple comporter une chaîne ou une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine.
Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif.
Dans le cas où l'on utilise une machine électrique à rotor bobiné, la machine présente un premier mode dit "mode veille" dans lequel le rotor est défluxé et un deuxième mode dit mode "pilotage de couple" dans lequel le rotor est préfluxé de façon à pouvoir appliquer rapidement un couple lors de la commande en courant du stator de l'alterno-démarreur.
Afin qu'une transition de roulage électrique vers un roulage thermique soit la plus courte possible, la machine électrique de redémarrage est constamment en mode "pilotage de couple". Toutefois, un tel procédé n'est pas optimal d’un point de vue énergétique, dans la mesure où le rotor est alimenté en courant pour assurer le préfluxage. Pour être à l’optimum énergétique, il faudrait une machine électrique en "mode veille", mais cela induit une longue durée de transition du roulage électrique vers le roulage thermique.
L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues, ladite chaîne de traction comportant un moteur thermique, un moteur électrique de traction, et une machine électrique réversible à rotor bobiné accouplée avec le moteur thermique,
ledit véhicule étant dans une phase de roulage électrique, ledit procédé comportant:
- une étape de détermination d'une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique,
- une étape de préfluxage de la machine électrique réversible dans le cas où une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique est considérée comme élevée, et
- dans le cas où un couple aux roues demandé par un conducteur dépasse un seuil de couple de démarrage du moteur thermique, ledit procédé comporte une étape de démarrage du moteur thermique au moyen de la machine électrique réversible.
L'invention permet ainsi de réduire le temps de la transition entre une phase de roulage électrique et une phase de roulage thermique, tout en optimisant l'énergie électrique consommée lors d'une phase de démarrage. En effet, la machine électrique réversible pourra être par défaut dans un "mode veille" et passer dans un mode "pilotage de couple" pour le préfluxage uniquement dans le cas où une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique est considérée comme élevée.
Selon une mise en œuvre, la probabilité de demande de démarrage du moteur thermique est déterminée en fonction d'un gradient de couple aux roues demandé, et d'un écart entre un seuil de couple de démarrage du moteur thermique et le couple aux roues demandé.
Selon une mise en œuvre, la probabilité de demande de démarrage du moteur thermique est considérée comme élevée lorsque le gradient de couple aux roues demandé dépasse un seuil et/ou lorsqu'un écart entre le seuil de couple de démarrage du moteur thermique et le couple aux roues demandé est inférieur à un seuil.
Selon une mise en œuvre, le gradient de couple aux roues demandé par un conducteur est issu d'un filtre passe-bas appliqué à un couple instantané déterminé en fonction d'un enfoncement d'une pédale d'accélérateur.
Selon une mise en œuvre, le filtre passe-bas est appliqué sur une fenêtre temporelle comprise entre 200 ms et 600 ms.
Selon une mise en œuvre, dans le cas où le couple aux roues demandé par le conducteur est très inférieur au seuil de couple de démarrage du moteur thermique et/ou le gradient de couple aux roues demandé par le conducteur devient négatif, le rotor est defluxé.
Selon une mise en œuvre, la machine électrique réversible est de type synchrone à rotor bobiné.
Selon une mise en œuvre, le moteur électrique de traction et la machine électrique réversible sont alimentés par une même batterie.
Selon une mise en œuvre, le moteur électrique de traction et la machine électrique réversible ont une tension de fonctionnement de 48 Volts.
L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une chaîne de traction pour véhicule automobile mettant en œuvre un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique selon l'invention;
La figure 2 est une représentation schématique illustrant une répartition de puissance électrique et mécanique entre les différents composants de la chaîne de traction de la figure 1;
La figure 3 est une représentation graphique de l'évolution en fonction du temps du couple et de la vitesse de rotation du moteur thermique et des différents organes de la chaîne de traction lors d'un démarrage du moteur thermique pour un régime supérieur à 1100 tr/min;
La figure 4 est une représentation graphique de l'évolution en fonction du temps du couple et de la vitesse de rotation du moteur thermique et des différents organes de la chaîne de traction lors d'un démarrage du moteur thermique pour un régime inférieur à 1100 tr/min;
La figure 5 est une représentation schématique d'un dispositif de contrôle-commande permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention de pilotage d'un alterno-démarreur à rotor bobiné lors d'un démarrage d'un moteur thermique;
La figure 6 est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention de pilotage d'un alterno-démarreur à rotor bobiné lors d'un démarrage d'un moteur thermique.
La figure 1 montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11 associé à un système de volant d'inertie 12 et un moteur électrique de traction 13 implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur thermique 11 est par exemple un moteur thermique à trois cylindres. En variante, le moteur thermique 11 pourra bien entendu comporter un nombre différent de cylindres.
Le moteur électrique de traction 13 est accouplé au moteur thermique 11 par l'intermédiaire d'un premier embrayage K0. Le moteur électrique de traction 13 est accouplé avec un dispositif de transmission 15 par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage K1. Le dispositif de transmission 15 comporte notamment une boîte de vitesses et un différentiel.
L'arbre de sortie 16 du dispositif de transmission 15 est en prise avec les roues du véhicule 17. Dans un mode de fonctionnement électrique, l'embrayage K0 est ouvert tandis que l'embrayage K1 est fermé. Dans un mode de fonctionnement thermique, les deux embrayages K0 et K1 sont fermés.
Par ailleurs, une machine électrique tournante 19 de type réversible est accouplée au moteur thermique 11 via la façade accessoires intégrant par exemple également un compresseur de climatisation 20. A cet effet, un dispositif de transmission de mouvement 21 entre le moteur thermique 11 et la machine électrique 19 pourra par exemple comporter une chaîne ou une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine électrique 19. La machine électrique 19 est de préférence de type synchrone à rotor bobiné.
Cette machine électrique 19, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 11 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 19 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif.
De façon optionnelle, il est possible de prévoir un démarreur 22 pour assurer un démarrage à froid du moteur thermique 11. Autrement dit, le démarreur 22 assure le premier démarrage du moteur thermique 11. A cet effet, le démarreur 22 comporte un pignon d'entraînement engrenant avec une couronne du moteur thermique.
La figure 2 illustre un exemple de répartition de puissance électrique (flèche pleine) et de puissance mécanique (flèche en pointillés) entre les différents composants de la chaîne de traction 10. Dans l'exemple représenté, l'alterno-démarreur 19 et le moteur électrique de traction 13 sont alimentés par la même batterie de traction 25. L'alterno-démarreur 19 et le moteur électrique de traction 13 pourront présenter une tension de fonctionnement de 48 Volts. Un réseau électrique 12 Volts, référencé 26, est relié au réseau électrique 48 Volts par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 27.
Deux stratégies peuvent être mises en œuvre pour la transition du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique. On fait le choix de l’une ou l’autre en fonction du régime de l’arbre primaire, typiquement de l'ordre de 1100 tr/min, c’est-à-dire un peu au-dessus du régime de ralenti d’un moteur thermique 11, et au niveau d’un retrogradage entre la seconde et la première.
Dans le cas où le régime de l’arbre primaire 14 de la boîte de vitesses est supérieur à 1100 tr/min, la séquence de démarrage du moteur thermique 11 est montrée sur la figure 3. Le graphique du haut représente l'évolution du couple C des différents composants de la chaîne de traction 10. Le graphique du bas représente l'évolution du régime R du moteur thermique 11 et de l'arbre primaire 14 de la boîte de vitesses.
Plus précisément, avant l'instant T0, le moteur thermique 11 est éteint, tandis qu'un couple est appliqué aux roues 17 par le moteur électrique de traction 13. L'embrayage K1 est fermé. L'embrayage K0 est ouvert et l'alterno-démarreur 19 est en "mode veille".
Entre les instants T0 et T1, l'alterno-démarreur 19 passe en mode "pilotage de couple" dans lequel le rotor bobiné est préfluxé. Les autres éléments de la chaîne de traction 10 sont dans le même état que précédemment.
Entre les instants T1 et T1bis, la phase de démarrage du moteur thermique 11 commence. A cet effet, l'alterno-démarreur 19 transmet du couple au moteur thermique 11 via l'embrayage K0 qui est à son point de léchage. L'injection de carburant commence à l'instant Tinj.
Entre les instants T1bis et T2, le moteur thermique 11 dépasse son régime de ralenti tandis que le couple de l'alterno-démarreur 19 décroît.
Entre les instants T2 et T3, l'alterno-démarreur 19 repasse en "mode veille". Le moteur thermique 11 commence à transmettre du couple aux roues 17 tandis que le couple appliqué par le moteur électrique de traction 13 diminue. L'embrayage K0 est alors en glissement.
A l'instant T3, l'embrayage K0 se ferme, et le véhicule fonctionne alors en mode thermique (le moteur thermique 11 transmet du couple aux roues 17 tandis que la machine électrique ne transmet plus de couple aux roues 17).
Dans le cadre d’un redémarrage du moteur thermique 11 pour un régime d'arbre primaire 14 de la boîte de vitesses inférieur à 1100 tr/min, la séquence de pilotage de la chaîne de traction 10 est montrée sur la figure 4.
Plus précisément, avant l'instant T0, le moteur thermique 11 est éteint, tandis qu'un couple est appliqué aux roues 17 par le moteur électrique de traction 13. L'embrayage K1 est fermé. L'embrayage K0 est ouvert et l'alterno-démarreur 19 est en "mode veille".
Entre les instants T0 et T1, l'alterno-démarreur 19 passe en mode "pilotage de couple" dans lequel le rotor bobiné est préfluxé. Les autres éléments de la chaîne de traction 10 sont dans le même état que précédemment.
Entre les instants T1 et T2, l'alterno-démarreur 19 est encore en mode "pilotage de couple" tandis que le couple transmis par l'embrayage K1 diminue.
Entre les instants T2 et T3, la phase de démarrage du moteur thermique 11 commence. A cet effet, l'alterno-démarreur 19 transmet du couple au moteur thermique 11 via l'embrayage K0 qui est à son point de léchage. L'embrayage K1 est en glissement. Le moteur électrique 13 participe également au démarrage du moteur thermique 11 de sorte que son couple augmente. L'injection de carburant commence à l'instant Tinj.
Entre les instants T3 et T4, le moteur thermique 11 dépasse son régime de ralenti tandis que le couple de l'alterno-démarreur 19 décroît.
Entre les instants T4 et T5, l'embrayage K0 est en glissement.
Entre les instants T5 et T6, le moteur thermique 11 commence à transmettre du couple aux roues 17 tandis que le couple appliqué par le moteur électrique de traction 13 diminue. L'embrayage K0 se ferme et l'alterno-démarreur 19 repasse en "mode veille".
A l'instant T6, le véhicule fonctionne alors en mode thermique (le moteur thermique 11 transmet du couple aux roues 17 tandis que la machine électrique ne transmet plus de couple aux roues 17).
Le procédé selon l'invention vise à anticiper la phase de préfluxage de l'aterno-démarreur 19 entre les instants T0 et T1 pour la première stratégie de pilotage ou entre les instants T0 et T2 pour la deuxième stratégie de pilotage, car comme cette machine est à rotor bobiné, il faut une certaine durée pour créer le champ magnétique afin de pouvoir ensuite produire le couple via le stator.
Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, un calculateur comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
A cet effet, un module logiciel M1 permet, dans une étape 100, de déterminer une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique 11.
La probabilité de demande de démarrage du moteur thermique 11 est déterminée en fonction d'un gradient de couple aux roues demandé Grad_C, et d'un écart E entre un seuil de couple de démarrage S_dem du moteur thermique 11 et le couple aux roues demandé C_inst. Le couple aux roues demandé C_inst correspond au couple instantané demandé déterminé en fonction d'un enfoncement de la pédale d'accélérateur P_acc. Le seuil de couple de démarrage S_dem est fourni par le module de gestion de l'énergie de l'architecture hybride M2.
Dans le cas où une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique 11 est considérée comme élevée, c’est-à-dire lorsque le gradient de couple aux roues demandé Grad_C dépasse un seuil et/ou lorsqu'un écart E entre le seuil de couple de démarrage S_dem du moteur thermique 11 et le couple aux roues demandé C_inst est inférieur à un seuil, alors le module M1 commande, dans une étape 101, le préfluxage de la machine électrique réversible 19. L'alterno-démarreur 19 passe alors en mode "pilotage de couple".
Selon une mise en œuvre, le seuil du gradient de couple Grad_C est par exemple compris entre 800 N.m/s et 1500 N.m/s et est de l'ordre de 1000 N.m/s. Le seuil de l'écart E est compris entre 50 N.m et 200 N.m et est de l'ordre de 100 N.m. On entend par "de l'ordre de" une variation de plus ou moins 10% autour de la valeur cible.
De préférence, on tient compte du dépassement du seuil du gradient de couple Grad_C et du fait que l'écart E passe en dessous du seuil correspondant pour considérer comme élevée la probabilité de demande de démarrage du moteur thermique 11.
Le gradient de couple aux roues demandé Grad_C est issu d'un filtre passe-bas F appliqué au couple instantané demandé C_inst. Le filtre passe-bas F est appliqué sur une fenêtre temporelle comprise entre 200 ms et 600 ms. Une telle fenêtre temporelle présente un bon compromis de durée pour être suffisamment précise tout en permettant de détecter le comportement du conducteur. L'écart E est déterminé au moyen d'un module soustracteur M3.
Un module comparateur M4 compare le seuil de couple de démarrage S_dem du moteur thermique 11 avec le couple demandé aux roues C_inst. Dans le cas où le couple aux roues C_inst demandé par le conducteur dépasse le seuil de démarrage S_dem du moteur thermique 11 et que le rotor de l'alterno-démarreur 19 est préfluxé (cf. module M5 ayant une fonction "ET"), le module M6 de gestion du redémarrage du moteur thermique 11 pilote, dans une étape 102, le démarrage du moteur thermique 11 au moyen de l'alterno-démarreur 19. A cet effet, le module M6 pilote l'alterno-démarreur 19, le moteur thermique 11, ainsi que la transmission 15.
Dans le cas où le couple aux roues demandé C_inst par le conducteur est très inférieure au seuil de démarrage S_dem du moteur thermique 11, et/ou le gradient de couple aux roues demandé Grad_C devient négatif, le rotor est defluxé. L'alterno-démarreur 19 peut alors repasser en "mode veille".

Claims (10)

  1. Procédé de pilotage d'une chaîne de traction (10) hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues (17), ladite chaîne de traction (10) comportant un moteur thermique (11), un moteur électrique de traction (13), et une machine électrique réversible (19) à rotor bobiné accouplée avec le moteur thermique (11),
    caractérisé en ce que ledit véhicule étant dans une phase de roulage électrique, ledit procédé comporte:
    - une étape (100) de détermination d'une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11),
    - une étape (101) de préfluxage de la machine électrique réversible (19) dans le cas où une probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11) est considérée comme élevée, et
    - dans le cas où un couple aux roues demandé (C_inst) par un conducteur dépasse un seuil de couple de démarrage (S_dem) du moteur thermique (11), ledit procédé comporte une étape (102) de démarrage du moteur thermique (11) au moyen de la machine électrique réversible (19).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11) est déterminée en fonction d'un gradient de couple aux roues demandé (Grad_C), et d'un écart (E) entre un seuil de couple de démarrage (S_dem) du moteur thermique (11) et le couple aux roues demandé (C_inst).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la probabilité de demande de démarrage du moteur thermique (11) est considérée comme élevée lorsque le gradient de couple aux roues demandé (Grad_C) dépasse un seuil et/ou lorsqu'un écart (E) entre le seuil de couple de démarrage (S_dem) du moteur thermique (11) et le couple aux roues demandé (C_inst) est inférieur à un seuil.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le gradient de couple aux roues demandé (Grad_C) par un conducteur est issu d'un filtre passe-bas (F) appliqué au couple aux roues demandé (C_inst).
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre passe-bas (F) est appliqué sur une fenêtre temporelle comprise entre 200 ms et 600 ms.
  6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas où le couple aux roues demandé (C_inst) par le conducteur est très inférieur au seuil de couple de démarrage (S_dem) du moteur thermique (11) et/ou le gradient de couple aux roues demandé (Grad_C) par le conducteur devient négatif, le rotor de la machine électrique réversible (19) est defluxé.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la machine électrique réversible (19) est de type synchrone à rotor bobiné.
  8. Procédé selon l'une quelconque de revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moteur électrique de traction (13) et la machine électrique réversible (19) sont alimentés par une même batterie (25).
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moteur électrique de traction (13) et la machine électrique réversible (19) ont une tension de fonctionnement de 48 Volts.
  10. Calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage d'une chaîne de traction (10) hybride tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110130903A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Torque command structure for an electric motor
FR3061468A1 (fr) * 2017-01-03 2018-07-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa. Procede de controle d'un groupe motopropulseur hybride pour le franchissement d'un obstacle

Patent Citations (2)

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