FR3105115A1 - Procede de commande d'une chaîne de traction d’un vehicule - Google Patents

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Abstract

Procédé de commande d’une chaîne de traction d’un véhicule (10) comprenant:- une première (12) et une deuxième (18) machines motrices électriques,- un dispositif de stockage d’énergie (24) alimentant en énergie les machines motrices électriques (12, 18),- un dispositif de couplage commandé (23) de la deuxième machine motrice (18) à un train du véhicule (19),- un système de navigation programmable,ce procédé comprenant :- une étape de détermination d'une quantité d’énergie disponible (N_ch) du dispositif de stockage (24),- une étape de détermination d’une énergie nécessaire pour effectuer un trajet programmé dans le système de navigation en utilisant uniquement la première machine électrique (12),- une étape de comparaison de cette énergie nécessaire avec la quantité d’énergie disponible (N_ch),- une étape de commande du dispositif de couplage (23) prenant en compte le résultat de ladite comparaison. Figure 1

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UNE CHAÎNE DE TRACTION D’UN VEHICULE
La présente invention porte sur un procédé de commande d'une chaîne de traction d’un véhicule, notamment pour un véhicule automobile à propulsion hybride.
De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile peut comporter un moteur thermique et un moteur électrique de traction montés sur un train du véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur thermique est accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage. En outre, un moteur électrique de traction est disposé entre l'embrayage et la boîte de vitesses.
Un deuxième moteur électrique de traction est monté sur le train arrière du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur et d'un dispositif de couplage commandé du moteur électrique de traction avec le train arrière. Le réducteur permet de rendre compatible la vitesse de rotation très élevée du deuxième moteur électrique avec celle des roues du véhicule.
Le dispositif de couplage commandé permet de disposer de deux modes de roulage du véhicule automobile hors utilisation du moteur électrique de traction arrière. Suivant un premier mode, la traction du véhicule automobile est assurée par le moteur thermique et/ou le moteur électrique du train avant alors que le moteur électrique du train arrière (deuxième moteur électrique) est découplé et en attente de couplage avec le train arrière. Suivant un deuxième mode, la traction du véhicule automobile est assurée par le moteur thermique et/ou le moteur électrique du train avant alors que le moteur électrique arrière est couplé avec le train arrière et prêt à fournir une puissance électrique supplémentaire aux roues du véhicule automobile: en effet, le dispositif de couplage est généralement un dispositif à crabot, dont le temps de réponse à une commande est assez long et dont le crabotage n’est pas certain, si bien que ce dispositif de couplage est, de façon anticipée, commandé en position couplé avant le besoin réel du deuxième moteur électrique de traction avec le train arrière. Or ce couplage du train arrière entraine au moins le réducteur en rotation, ce qui n’est pas idéal d’un point de vue rendement de la chaîne de traction du véhicule.
L’invention vise à améliorer le rendement énergétique global d'une telle chaîne de traction, et notamment de ce deuxième mode. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de commande d’une chaîne de traction d’un véhicule comprenant:
- une première et une deuxième machines motrices électriques,
- un dispositif de stockage d’énergie alimentant en énergie les machines motrices électriques,
- un dispositif de couplage commandé de la deuxième machine motrice à un train du véhicule,
- un système de navigation programmable,
ce procédé comprenant :
- une étape de détermination d'une quantité d’énergie disponible du dispositif de stockage,
- une étape de détermination d’une énergie nécessaire pour effectuer un trajet programmé dans le système de navigation en utilisant uniquement la première machine électrique,
- une étape de comparaison de cette énergie nécessaire avec la quantité d’énergie disponible,
- une étape de commande du dispositif de couplage prenant en compte le résultat de ladite comparaison.
L’invention permet ainsi de garantir la mise à disposition de la propulsion arrière du mode électrique ou hybride si elle n’est pas pénalisante au vu de l’énergie nécessaire pour effectuer le trajet programmé. Dans le cas contraire, il n’y a pas lieu de fermer le dispositif de couplage et ainsi entraîner inutilement sur sa traînée la machine électrique arrière. L'invention améliore donc le rendement énergétique de la chaîne de traction.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’étape de commande du dispositif de couplage prend en outre en compte une commande prioritaire du dispositif de couplage.
Cette commande prioritaire est par exemple:
- un mode quatre roues motrices demandé par le conducteur, ou une aide à la conduite, obligeant le dispositif de couplage commandé à être dans un état accouplé,
- une demande de couple du conducteur nécessitant l’utilisation du couple de la deuxième machine motrice électrique et donc obligeant le dispositif de couplage commandé à être dans un état couplé,
- une commande interdisant le dispositif de couplage commandé d’être dans un état accouplé, par exemple suite à un défaut détecté sur la deuxième machine motrice électrique , notamment un défaut d’isolation électrique ou température excessive.
Ces exemples ne sont pas limitatifs.
Selon une mise en œuvre de l’invention, ce procédé commande le dispositif de couplage vers un état désaccouplé lorsque l’énergie nécessaire est supérieure ou égale à la quantité d’énergie disponible.
Selon une mise en œuvre de l’invention, ce procédé commande le dispositif de couplage vers un état accouplé lorsque l’énergie nécessaire est inférieure à la quantité d’énergie disponible.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la commande du dispositif de couplage vers l’état accouplé est en outre conditionnée par un niveau d’énergie du dispositif de stockage au-dessus d’un seuil prédéterminé, notamment entre 5% et 15% d’un niveau d’énergie maximal du dispositif de stockage.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la quantité d’énergie disponible est la quantité d’énergie du dispositif de stockage à l’instant considéré déduite qu’une quantité d’énergie restante cible au point d’arrivée du trajet programmé.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’énergie nécessaire est calculée au moyen d'un algorithme prenant en compte:
- des paramètres provenant du système de navigation, notamment une déclivité du trajet, des conditions de circulation, des conditions météorologiques, et
- une consommation électrique de composants intérieurs du véhicule, notamment un système de climatisation de l’habitacle du véhicule.
L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre d’un procédé de contrôle pour un véhicule tel que précédemment défini.
L'invention a également pour objet un véhicule comprenant :
- une première machine motrice électrique entrainant un premier train du véhicule,
- une deuxième machine motrice électrique entrainant un deuxième train du véhicule distinct du premier train,
- un dispositif de stockage d’énergie alimentant en énergie les machines motrices électriques,
- un dispositif de couplage commandé de la deuxième machine motrice au deuxième train du véhicule,
- un système de navigation programmable,
ce véhicule comprenant en outre un calculateur tel que précédemment défini.
Selon une mise en œuvre de l’invention, ce véhicule comprend :
- une boîte de vitesses,
- un moteur thermique entrainant le premier train et couplé à un arbre primaire de la boîte de vitesses par un embrayage, la première machine motrice étant disposée en aval de l’embrayage, l’amont étant entre l’embrayage et le moteur thermique.
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 commande selon la présente invention;
La figure 2 est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention de commande de la chaîne de traction de la figure 1.
Plus précisément, la figure 1 montre un véhicule 10 comprenant une chaîne de traction comportant un moteur thermique 11 et une première machine électrique motrice 12, par exemple un moteur électrique de traction, monté sur un premier train 13 du véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur thermique 11 est par exemple un moteur thermique à quatre cylindres utilisant la combustion d’un carburant pour produire un couple moteur. En variante, le moteur thermique 11 pourra bien entendu comporter un nombre différent de cylindres, notamment trois cylindres ou plus de quatre cylindres. Le moteur thermique 11 pourra être associé à un démarreur pour assurer son démarrage à froid, ce démarreur étant distinct de la première machine motrice 12.
Le moteur thermique 11 est accouplé à une boîte de vitesses 15 par l'intermédiaire d'un embrayage 16. Un arbre de sortie de la boîte de vitesses 15 est connecté aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel (non représenté). La boîte de vitesses 15 est par exemple une boîte de vitesses automatique à trains épicycloïdaux.
Le moteur électrique de traction 12 est disposé entre l'embrayage 16 et la boîte de vitesses 15. L'embrayage 16 pourra ainsi isoler le moteur électrique de traction 12 par rapport au moteur thermique 11 lorsque le moteur électrique 12 assure une traction du véhicule dans un mode de roulage électrique. Ainsi la première machine motrice 12 est disposée en aval de l’embrayage 16, l’amont étant entre l’embrayage 16 et le moteur thermique 11.
Une deuxième machine motrice électrique 18, ou deuxième moteur électrique de traction 18 est monté sur le train arrière 19 du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur 22 et d'un dispositif de couplage 23 pouvant accoupler ou découpler cette deuxième machine motrice 18 du train arrière 19. Le dispositif de couplage 23 pourra prendre un état ouvert dans lequel le moteur électrique de traction 18 est désaccouplé par rapport au train arrière 19 et un état fermé dans lequel le moteur électrique de traction 18 est accouplé avec le train arrière 19. Le dispositif de couplage 23 est de préférence un dispositif à crabot. En variante, le dispositif de couplage 23 prend la forme d'un embrayage.
Un moyen de stockage 24, par exemple une batterie, est reliée électriquement au premier moteur électrique de traction 12 et au deuxième moteur électrique de traction 18. La batterie 24 est ici commune aux deux moteurs électriques de traction 12, 18. En variante, on utilise une batterie 24 associée à chaque moteur électrique de traction 12, 18.
Le premier moteur électrique de traction 12 et le deuxième moteur électrique de traction 18 pourront présenter une haute tension de fonctionnement, notamment une tension supérieure à 48 Volts.
Un moteur électrique de traction 12, 18 est apte à transformer une énergie électrique issue de la batterie 24 en une énergie mécanique pour assurer une traction du véhicule. Un moteur électrique de traction 12, 18 est également apte à fonctionner dans un mode générateur dans lequel le moteur électrique 12, 18 transforme une énergie mécanique en une énergie électrique permettant de recharger la batterie 24, notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
Une telle architecture permet au véhicule de fonctionner dans un mode thermique pur, un mode de propulsion hybride, un mode de propulsion électrique pur, un mode 4x4 hybride, et un mode 4x4 électrique.
Un calculateur 26 assure le pilotage des différents composants de la chaîne de traction du véhicule 10. Ce calculateur 26 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de commande selon l'invention.
Les différentes étapes du procédé selon l'invention sont décrites ci-après en référence avec la figure 2. Le but du procédé est de pouvoir rouler en mode électrique ou hybride en utilisant le plus possible d'énergie électrique, de préférence toute l'énergie électrique, disponible dans la batterie 24 lors d'un trajet du véhicule précédemment décrit, et ce tout en optimisant le rendement de la chaîne de traction 10, notamment en exploitant ou non le moteur électrique de traction arrière 18.
Initialement, un trajet a été défini dans le système de navigation programmable, notamment de type GPS (pour "Global Positioning System" en anglais). Le trajet pourra notamment être défini soit par le conducteur, ou par le système de navigation lui-même qui reconnait un trajet habituel.
La distance à parcourir renseignée dans le système de navigation devient la distance pour laquelle la stratégie vise une quantité d’énergie restante cible N_cible de la batterie 24 au point d’arrivée du trajet programmé. Cette quantité d’énergie restante cible N_cible de la batterie 24 est par exemple par défaut de 20% d’une quantité ou niveau d’énergie maximal de la batterie 24, mais pourrait être une autre valeur.
Dans un autre mode de fonctionnement, le conducteur peut définir la quantité d’énergie restante cible N_cible différente, c’est-à-dire que dès le départ le conducteur paramètre la quantité d’énergie restante cible N_cible à une valeur souhaitée par exemple valant 50%. Cette valeur souhaitée peut alors devenir la valeur par défaut tant que le conducteur ne la change pas.
Le procédé de commande comprend:
- une étape de détermination 101, par le calculateur 26, d'une quantité d’énergie disponible N_ch de la batterie 24,
- une étape de détermination 102, par le calculateur 26, d’une énergie nécessaire DAPR pour effectuer le trajet programmé dans le système de navigation en utilisant uniquement la première machine électrique 12,
- une étape de comparaison 103, par le calculateur 26, de cette énergie nécessaire DAPR avec la quantité d’énergie disponible N_ch,
- une étape de commande 200 du dispositif de couplage 23 prenant en compte le résultat de ladite comparaison.
L’étape de commande 200 du dispositif de couplage 23 prend en outre en compte une commande prioritaire C_prio du dispositif de couplage 23. C’est-à-dire que ce procédé de commande s’inscrit dans un procédé de commande de couple de la chaîne de traction plus large. Par exemple, un mode quatre roues motrices demandé par le conducteur, ou demandé par une aide à la conduite (contrôlant le glissement des roues du véhicule sur une surface de roulage), seront prioritaires par rapport au procédé de commande de l’invention, obligeant le dispositif de couplage commandé 23 à être dans un état accouplé. Egalement, une demande de couple du conducteur nécessitant l’utilisation du couple de la deuxième machine motrice électrique 18 forcera le dispositif de couplage commandé 23 à être dans un état accouplé, et ceci quel que soit le résultat de ladite comparaison. Cette demande de couple correspond par exemple à un niveau d'enfoncement d'une pédale d'accélération.
D’autres commande prioritaire C_prio sont possibles, notamment émanant de fonctions de sureté de fonctionnement, et forçant le dispositif de couplage commandé 23 à être dans un état désaccouplé, par exemple suite à un défaut détecté sur la deuxième machine motrice électrique 18, notamment un défaut d’isolation électrique ou température excessive.
A contrario, lorsque le procédé de commande de couple de la chaîne de traction plus large comprend le deuxième mode précédemment décrit, ce deuxième mode commandant de façon anticipé et par défaut le dispositif de couplage commandé 23 à être dans un état accouplé, ce deuxième mode ne sera pas prioritaire sur le procédé de commande selon l’invention.
L’étape de commande 200 du procédé comprend une sous-étape 201 de commande du dispositif de couplage 23 vers un état désaccouplé lorsque l’énergie nécessaire DAPR est supérieure ou égale à la quantité d’énergie disponible N_ch. Ainsi lorsque la quantité d’énergie disponible N_ch ne permet pas de garantir la quantité d’énergie restante cible N_cible, et sauf en cas de commande prioritaire C_prio, la deuxième machine motrice 18 sera désaccouplée du deuxième train 19, permettant des économies d’énergie.
L’étape de commande 200 du procédé comprend une sous-étape 202 de commande du dispositif de couplage 23 vers un état accouplé lorsque l’énergie nécessaire DAPR est inférieure à la quantité d’énergie disponible N_ch.
La sous-étape 202 de commande du dispositif de couplage 23 vers un état accouplé est en outre conditionnée par un niveau d’énergie de la batterie 24 au-dessus d’un seuil prédéterminé N_Seuil, notamment entre 5% et 15% d’un niveau d’énergie maximal de la batterie 24.
En plus du seuil prédéterminé N_Seuil, il sera possible de tenir compte d'un paramètre P_vit relatif à la vitesse du véhicule pour prendre la décision du couplage du deuxième moteur électrique 18 avec le deuxième train 19.
La quantité d’énergie disponible N_ch est la quantité d’énergie de la batterie 24 à l’instant considéré déduite de la quantité d’énergie restante cible N_cible au point d’arrivée du trajet programmé.
Au cours de l’étape de détermination 102, le procédé détermine l’énergie nécessaire DAPR au moyen d'un algorithme prenant en compte:
- des paramètres P provenant du système de navigation, notamment une déclivité du trajet, des conditions de circulation, des conditions météorologiques, et
- une consommation électrique N_Cons de composants intérieurs du véhicule, notamment un système de climatisation de l’habitacle du véhicule.
Bien entendu, de par sa définition même, l’énergie nécessaire DAPR pour effectuer le trajet programmé dans le système de navigation en utilisant uniquement la première machine électrique 12 prend en compte l’énergie consommée par la première machine électrique 12 pour effectuer ce trajet.
Cet algorithme se présente par exemple ainsi:
il détermine une subdivision du trajet en au moins deux parties dans lesquelles des paramètres du trajet sont différents, par exemple des vitesses moyennes de circulation sont différentes, et des pourcentages que représentent ces parties dans le trajet en distance, puis il détermine l’énergie nécessaire DAPR pour effectuer ce trajet en utilisant seulement la seconde machine motrice en fonction de ces parties du trajet et de ces pourcentages associés déterminés.
Dans un premier mode de réalisation de cet algorithme, il détermine l’énergie nécessaire DAPR au moyen d’une loi fonction d’une vitesse moyenne du véhicule prévue sur le trajet.
Dans un deuxième mode de réalisation de cet algorithme, il détermine l’énergie nécessaire DAPR en déterminant chaque quantité d’énergie partielle nécessaire moyenne pour parcourir chaque partie du trajet en fonction d’un paramètre réglable multiplié par la distance associée à cette partie, puis en additionnant toutes ces quantités déterminées.
Dans un troisième mode de réalisation de cet algorithme, il détermine une première énergie nécessaire au moyen d’une loi fonction d’une vitesse moyenne prévue sur le trajet, et une seconde énergie nécessaire en déterminant chaque quantité d’énergie partielle nécessaire moyenne pour parcourir chaque partie du trajet en fonction d’un paramètre réglable multiplié par la distance associée à cette partie, puis en additionnant toutes ces quantités déterminées, puis sélectionne comme énergie nécessaire DAPR celle qui est la plus grande de ces première et seconde énergies nécessaires déterminées.
Ces trois modes prennent comme données d’entrée les paramètres P et la consommation électrique N_Cons. On notera qu’une synergie existe entre les paramètres P et la consommation électrique N_Cons, puisque par exemple l’énergie consommée par le système de climatisation dépendra des paramètres P comme la température extérieure au véhicule et l’ensoleillement, en fonction de chaque partie du trajet.
Une fois cette énergie nécessaire DAPR déterminée, le procédé selon l’invention comprend l’étape de comparaison 103, par le calculateur 26, de cette énergie nécessaire DAPR avec la quantité d’énergie disponible N_ch.
Mais cette énergie nécessaire DAPR peut être utilisée à d’autres fins, notamment par le procédé de commande de couple de la chaîne de traction plus large qui, si cette énergie nécessaire DAPR déterminée est inférieure à la quantité d’énergie disponible N_ch du dispositif de stockage 24, utilise un premier seuil de couple de démarrage du moteur thermique 11 favorisant un déplacement du véhicule au moyen de la première machine motrice électrique 12, tandis que si cette énergie nécessaire DAPR déterminée est supérieure à cette la quantité d’énergie disponible N_ch du dispositif de stockage 24, utilise un second seuil de couple de démarrage du moteur thermique 11 strictement inférieur au premier seuil et favorisant un déplacement du véhicule au moyen du moteur thermique 11. Ces premier et second seuils sont, de façon connue de l’homme de l’art, fonction de la vitesse du véhicule et de la demande de couple aux roues du véhicule, c’est-à-dire la demande de couple correspondant par exemple au niveau d'enfoncement d'une pédale d'accélération.
Selon l’invention, en variante, l'architecture de la chaîne de traction pourra être inversée, c’est-à-dire que le premier moteur électrique 12 et le moteur thermique 11 pourront être montés sur le deuxième train arrière 19 du véhicule automobile, tandis que le deuxième moteur électrique 18 ainsi que le réducteur 22 et le dispositif de couplage 23 pourront être montés sur le premier train avant 13 du véhicule automobile.

Claims (10)

  1. Procédé de commande d’une chaîne de traction d’un véhicule (10) comprenant:
    - une première (12) et une deuxième (18) machines motrices électriques,
    - un dispositif de stockage d’énergie (24) alimentant en énergie les machines motrices électriques (12, 18),
    - un dispositif de couplage commandé (23) de la deuxième machine motrice (18) à un train du véhicule (19),
    - un système de navigation programmable,
    ce procédé comprenant :
    - une étape de détermination d'une quantité d’énergie disponible (N_ch) du dispositif de stockage (24),
    - une étape de détermination d’une énergie nécessaire (DAPR) pour effectuer un trajet programmé dans le système de navigation en utilisant uniquement la première machine électrique (12),
    - une étape de comparaison de cette énergie nécessaire (DAPR) avec la quantité d’énergie disponible (N_ch),
    -une étape de commande du dispositif de couplage (23) prenant en compte le résultat de ladite comparaison.
  2. Procédé selon la revendication 1, l’étape de commande du dispositif de couplage (23) prenant en outre en compte une commande prioritaire (C_prio) du dispositif de couplage (23).
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, ce procédé commandant le dispositif de couplage (23) vers un état désaccouplé lorsque l’énergie nécessaire (DAPR) est supérieure ou égale à la quantité d’énergie disponible (N_ch).
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, ce procédé commandant le dispositif de couplage (23) vers un état accouplé lorsque l’énergie nécessaire (DAPR) est inférieure à la quantité d’énergie disponible (N_ch).
  5. Procédé selon la revendication 4, la commande du dispositif de couplage (23) vers l’état accouplé étant en outre conditionnée par un niveau d’énergie du dispositif de stockage (24) au-dessus d’un seuil prédéterminé (N_Seuil), notamment entre 5% et 15% d’un niveau d’énergie maximal du dispositif de stockage (24).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la quantité d’énergie disponible (N_ch) étant la quantité d’énergie du dispositif de stockage (24) à l’instant considéré déduite qu’une quantité d’énergie restante cible au point d’arrivée du trajet programmé.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l’énergie nécessaire (DAPR) étant calculée au moyen d'un algorithme prenant en compte:
    - des paramètres (P) provenant du système de navigation, notamment une déclivité du trajet, des conditions de circulation, des conditions météorologiques, et
    - une consommation électrique (N_Cons) de composants intérieurs du véhicule, notamment un système de climatisation de l’habitacle du véhicule.
  8. Calculateur (26) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre d’un procédé de contrôle pour un véhicule (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. Véhicule comprenant:
    - une première machine motrice électrique (12) entrainant un premier train (13) du véhicule,
    - une deuxième machine motrice électrique (18) entrainant un deuxième train (19) du véhicule distinct du premier train (13),
    - un dispositif de stockage d’énergie (24) alimentant en énergie les machines motrices électriques (12, 18),
    - un dispositif de couplage commandé (23) de la deuxième machine motrice (18) au deuxième train du véhicule,
    - un système de navigation programmable,
    ce véhicule comprenant en outre un calculateur (26) selon la revendication 8.
  10. Véhicule selon la revendication 9 comprenant:
    - une boîte de vitesses (15),
    - un moteur thermique (11) entrainant le premier train (13) et couplé à un arbre primaire de la boîte de vitesses (15) par un embrayage (16),
    la première machine motrice (12) étant disposée en aval de l’embrayage (16), l’amont étant entre l’embrayage (16) et le moteur thermique (11).
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