FR3120593A1

FR3120593A1 - Procede de correction d’une erreur de couple d’un moteur thermique par une machine electrique de traction

Info

Publication number: FR3120593A1
Application number: FR2102377A
Authority: FR
Inventors: Maxime Texier
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-09-16

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de correction d’un couple moteur fourni aux roues par un moteur thermique à allumage commandé de groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile comportant également une machine électrique de traction, le procédé consistant à corriger le couple moteur dudit moteur thermique par un couple de correction (31) fourni aux roues par ladite machine électrique, le procédé comportant les étapes d’estimation d’un couple réel (29) transmis aux roues par le moteur thermique, de détermination de la valeur dudit couple de correction (31) par le calcul de la différence entre une consigne du couple moteur (32) dudit moteur thermique et ledit couple réel estimé (29), le pilotage de ladite machine électrique en fonction dudit couple de correction (31) et d’une consigne de couple moteur cible (25) de ladite machine électrique. Figure 2

Description

PROCEDE DE CORRECTION D’UNE ERREUR DE COUPLE D’UN MOTEUR THERMIQUE PAR UNE MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION

Le domaine de l’invention concerne un procédé de correction d’un couple moteur de moteur thermique par une machine électrique pour un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile.

Des stratégies de groupe motopropulseur hybride sont configurées pour tirer profit de la machine électrique de traction afin d’éliminer les phases de rupture de couple moteur lors d’un passage de vitesse. On peut citer le document brevet déposé par la demanderesse WO2008050038A1 décrivant un procédé de compensation de couple en cas de rupture de couple. D’autres stratégies prévoient le pilotage d’un couple moteur additionnel par le moteur thermique en cas de demandes importantes en couple. Le document brevet WO2009037049A1 décrit un procédé de coordination dynamique de couple.

Classiquement, les stratégies de commande de groupe motopropulseur hybride prévoient la construction d’une consigne de couple du moteur thermique en fonction d’une consigne d’interprétation de la volonté du conducteur et d’une consigne cible de la machine électrique de traction. En particulier, le pilotage de prise d’air dans une chambre à combustion et le pilotage de l’avance à l’allumage dépendent de modules de structure couple ayant en paramètre d’entrée la valeur d’une consigne de couple dépendante de la demande voulue par le conducteur.

Généralement, les stratégies supposent que la consigne de couple est effectivement réalisée. Cependant, dans le cas des moteurs à allumage commandé, il existe des erreurs de couple intrinsèques au moteur. Par exemple, lors de transitoire en couple, du fait du comportement physique de la boucle d’air, on observe des erreurs de réalisation du couple moteur. Ces erreurs altèrent l’agrément de conduite et peuvent dans certains cas provoquer un calage du moteur. De plus, pour les zones de couple non atteignables par le moteur thermique, appelée également bande morte, on observe des erreurs entre la consigne et le couple effectivement réalisé. En effet, pour les couples très faibles le moteur fonctionne dans une zone entre la dégradation d’avance à l’allumage minimale et la coupure injection.

Il existe donc un besoin de pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est d’améliorer le pilotage du couple moteur d’un moteur thermique de groupe motopropulseur hybride afin d’éliminer les erreurs de réalisation du couple moteur.

Plus précisément, l’invention concerne un procédé de correction d’un couple moteur fourni aux roues par un moteur thermique à allumage commandé de groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile comportant également une machine électrique de traction, le procédé consistant à corriger le couple moteur dudit moteur thermique par un couple de correction fourni aux roues par ladite machine électrique. Selon l’invention, le procédé comporte les étapes suivantes :

L’estimation d’un couple réel transmis aux roues par le moteur thermique,
La détermination de la valeur dudit couple de correction par le calcul de la différence entre une consigne du couple moteur dudit moteur thermique et ledit couple réel estimé,
Le pilotage de la machine électrique en fonction dudit couple de correction et d’une consigne de couple moteur cible de ladite machine électrique.

Selon une variante, le procédé comporte en outre la détermination de la consigne du couple moteur dudit moteur thermique par le calcul de la différence entre une consigne de la volonté du conducteur et de ladite consigne de couple moteur cible de ladite machine électrique.

Selon une variante, le procédé comporte en outre une étape de traitement du couple de correction par au moins une sous-fonction parmi une sous-fonction de filtrage, une sous-fonction de limitation de gradient de couple ou par une sous-fonction de décalage de couple.

Selon une variante, le procédé comporte en outre une étape d’inhibition du couple de correction en fonction d’un signal de régime moteur du moteur thermique.

Selon une variante, le procédé comporte en outre une étape d’inhibition du couple de correction en fonction du signe de couple de correction et de l’état d’activation d’une consigne de recharge électrique par la machine électrique.

Selon une variante, le procédé comporte en outre une étape d’inhibition du couple de correction en fonction d’un signal d’activation d’un dispositif de contrôle de trajectoire.

Selon une variante, la consigne du couple moteur dudit moteur thermique est la consigne de couple d’un module de pilotage de l’avance à l’allumage dudit moteur thermique.

L’invention prévoit également une unité de commande d’un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile, le groupe motopropulseur hybride comportant un moteur thermique apte à fournir un premier couple moteur aux roues et une machine électrique de traction apte à fournir un deuxième couple moteur aux roues, laquelle unité de commande est configurée pour mettre en œuvre le procédé de correction selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.

L’invention envisage un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur hybride comportant ladite unité de commande.

L’invention améliore l’agrément de conduite en phase transitoire de couple à forte dynamique et permet en outre le pilotage de récupération d’énergie lors de la correction du couple moteur.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :

représente un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile prévu pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.

représente schématiquement un module de répartition de couple d’une unité de commande d’un groupe motopropulseur hybride configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.

est un graphique illustrant une phase transitoire de descente de couple moteur durant laquelle la machine électrique fournit un couple de correction conformément à l’invention.

est un graphique illustrant une phase transitoire de montée de couple moteur durant laquelle la machine électrique fournit un couple de correction conformément à l’invention.

est un graphique illustrant une zone de fonctionnement moteur dite de bande morte où la consigne de couple moteur est inférieure à la limitation de couple d’avance à l’allumage minimale durant laquelle la machine électrique fournit un couple de correction conformément à l’invention.

En , on a représenté schématiquement un groupe motopropulseur hybride 1 équipé d’un module de traction avant relié mécaniquement au train de roues avant. Le module de traction comporte un moteur thermique 10, un dispositif d’embrayage 11 reliant une machine électrique de traction avant 12 au moteur thermique 10, et une boite de vitesses 13 dont l’axe de sortie est relié mécaniquement au train de roues avant. La machine électrique de traction avant 12 est apte à fournir un couple moteur aux roues, seule ou en complément du moteur thermique 10. Le groupe motopropulseur hybride 1 comporte en outre une batterie haute tension (non représentée en ) alimentant en énergie électrique la machine électrique 12 pour fournir un couple moteur par pilotage d’un couple de décharge. La machine électrique de traction avant 12 est apte à recharger la batterie électrique lors de la commande d’un freinage récupératif. Le groupe motopropulseur 1 comporte en outre une unité de commande 14 configurée pour piloter les différents équipements du groupe motopropulseur hybride 1, notamment pour déterminer la répartition du couple moteur entre le moteur thermique 10 et la machine électrique 12.

L’architecture de traction de la est un exemple non limitatif de mise en œuvre de l’invention. Le procédé de correction s’applique à tout type d’architecture de traction dans laquelle la machine électrique de traction est apte à fournir un couple de correction du couple moteur thermique.

L’unité de commande 14 est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter le procédé de correction du couple moteur. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe à l’unité de commande 14, tout en étant couplé à cette dernière 14. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisée sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

En on a représenté schématiquement un diagramme fonctionnel du module de commande en charge de la répartition de couple conformément au procédé selon l’invention pour la correction du couple moteur du moteur thermique.

Le module de commande reçoit une première consigne de pilotage en couple 21 de la machine électrique correspondant à une consigne de recharge ou décharge de la batterie haute tension. La consigne est positive ou négative selon l’opération pilotée. La consigne 21 est délivrée à un premier module de calcul 22 d’une consigne de couple cible 25 de la machine électrique de traction destinée au pilotage des circuits électriques de la machine électrique.

Par ailleurs, le pilotage en couple d’un moteur à allumage commandé se réalise classiquement à travers deux consignes de couple calculées en permanence, une consigne de couple pilotant l’avance à l’allumage, intervenant spécifiquement lors de transitoire de couple de forte dynamique, et une consigne de couple dite « d’air » pilotant le boitier papillon pour la prise d’air.

A cet effet, comme illustré en , le module de commande comporte ainsi un deuxième module de calcul 23 d’une deuxième consigne de pilotage en couple 24 du moteur thermique. La consigne 24 est la consigne de couple d’air commandant le boitier papillon. La consigne 24 est équivalente à la consigne interprétation volonté conducteur filtrée de manière à être lissée et est représentative de la constante de temps du papillon. En fonctionnement nominal d’un moteur à allumage commandé, lors de phases stabilisées ou de transitoires à faibles dynamiques l’unité de commande du moteur pilote le couple via la quantité de prise d’air en avance optimale pour maximiser le rendement du moteur.

Le module de commande comporte en outre un troisième module de calcul 26 d’une troisième consigne de pilotage en couple 27 du moteur thermique. La consigne 27 est la consigne de couple de pilotage de l’avance à l’allumage. La consigne 27 est équivalente à la consigne d’interprétation de la volonté conducteur en prenant en compte l’action d’autres équipements du groupe motopropulseur, notamment le dispositif de contrôle de stabilité ESP (« Electronic Stability Program » en anglais), un filtre d’agrément préventif, les transitoires de la boite de vitesses et les fonctions du système d’assistance avancée à la conduite. Lors de transitoire de couple à forte dynamique, le pilotage du couple se réalise à travers la consigne de couple d’avance à l’allumage car cet actionneur est très rapide comparé au papillon qui est un actionneur dit lent. Dans ce cas la consigne de couple d’avance à l’allumage diffère de la consigne de couple d’air. Afin de garantir le suivi du couple en transitoire, on autorise une dégradation de l’avance à l’allumage, c’est-à-dire que l’on déclenche la combustion avant le point mort haut, on dégrade la combustion volontairement pour améliorer la dynamique de couple.

Selon ce mode de réalisation du module de commande, la structure de pilotage en couple calcule ensuite une consigne d’avance à l’allumage finale 32 et une consigne d’air finale 30 en fonction du couple cible 25 de la machine électrique. Chaque consigne finale 32 et 30 est le résultat respectivement, de la différence entre la consigne d’avance à l’allumage 27 et la consigne cible de la machine électrique 25 pour la consigne finale 32, et de la différence entre la consigne air 24 et la consigne cible de la machine électrique 25 pour la consigne finale 30.

Le module de commande comporte un quatrième module d’estimation 28 du couple réel 29 réalisé par le moteur thermique. Le quatrième module d’estimation 28 est un modèle qui prend en compte la masse d’air, le rendement d’avance à l’allumage, le rendement de cycle et le rendement de richesse pour estimer en continu une valeur de couple réalisé. De préférence, le couple réel réalisé 29 est une estimation moyennée du couple réalisé sur chaque cylindre au point mort haut de combustion. En cas de détection d’une combustion sur un point mort haut d’un cylindre, le modèle délivre une valeur de couple réalisé. Le modèle est prédéterminé et enregistré en mémoire de l’unité de commande du moteur thermique.

Le procédé de correction selon l’invention consiste à corriger une erreur de couple du moteur thermique dans lequel l’erreur est déterminée à partir de la différence entre la consigne de couple finale 32 d’avance à l’allumage et le couple réel 29 réalisé. L’erreur est corrigée par un couple de correction 31 fourni aux roues par la machine électrique de traction. Ce couple de correction 31 est appliqué dans des situations spécifiques où peuvent apparaitre ces erreurs résultant de la dynamique de la boucle d’air, notamment lors de transitoires en montée et descente de couple, ou bien encore dans les zones de bande morte.

A cet effet, le procédé de correction comporte une étape d’estimation du couple réel 29 fourni par le moteur thermique au moyen du modèle de l’unité de commande.

Le procédé de correction comporte en outre une étape de calcul de la valeur du couple de correction 31 par le calcul de la différence entre la consigne de couple finale d’avance à l’allumage 32 et le couple réel estimé 29. La consigne d’avance à l’allumage 32 fournit l’image du couple lors de transitoire à forte dynamique où peuvent apparaître les phénomènes d’erreur résultant de la boucle d’air et permet d’estimer l’erreur avec précision.

Ensuite, le procédé comporte l’étape de pilotage de la machine électrique en fonction du couple de correction 31 et de la consigne de couple moteur cible 25. De préférence, le module de commande comporte une ou des sous-fonctions de traitement du couple de correction 31, représentée par le bloc 34, prenant en entrée le couple de correction 31 et délivrant un couple de correction post traitement 35. En particulier, le procédé prévoit une étape de traitement du couple de correction par une sous-fonction de filtrage, par exemple au moyen d’un filtre à hystérésis pour supprimer le bruit du signal. Le procédé peut prévoir en outre une sous-fonction de limitation de gradient de couple pour rendre continue la pente du signal de commande en couple. En outre, le procédé peut prévoir une sous-fonction de décalage de couple (« Offset de couple »).

De plus, le module de commande comporte préférentiellement une sous-fonction d’inhibition 33 du couple de correction 31 apte à inhiber le couple de correction en fonction d’au moins un signal parmi un signal de régime moteur du moteur thermique, un signal représentatif du signe de couple de correction et un signal représentatif de l’état d’activation d’une consigne de recharge électrique par la machine électrique, ou d’un signal d’activation d’un dispositif de contrôle de trajectoire. La sous-fonction 33 délivre un signal 36 à deux états, « 0 » ou « 1 », qui associé à un bloc multiplicateur permet d’inhiber le couple de correction 35. Le bloc multiplicateur délivre un signal de couple de correction 37 à destination du pilotage de la machine électrique de traction.

On envisage plusieurs stratégies d’inhibition afin d’améliorer l’agrément de conduite. Le procédé de correction inhibe l’action du couple de correction 35 si le régime du moteur thermique se rapproche du régime de ralenti afin d’éviter deux régulations qui fonctionnent simultanément. Le procédé de correction inhibe l’action du couple de correction 35 si la consigne 21 de recharge électrique de la batterie par la machine électrique 12 est active et si le couple de correction 35 est de signe positif, supérieur à 0 N.m. Le procédé de correction inhibe l’action du couple de correction 35 si le régime moteur est supérieur à un seuil de désactivation. Le procédé de correction inhibe l’action du couple de correction 35 si le dispositif ESP est actif.

Finalement, le module de commande additionne le couple de correction 37 avec la consigne de couple cible 25 pour élaborer une consigne de couple finale 38 pour le pilotage de la machine électrique lors du procédé de correction.

Alternativement, on envisage que les sous-fonctions de traitement 34 et la sous-fonction d’inhibition 33 ne soient pas opérées par le module de commande. Le procédé de correction applique donc dans cette variante, non représentée en , le couple de correction 31 directement au pilotage de la machine électrique en complément de la consigne de couple cible 25.

En , on décrit schématiquement le pilotage des couples moteur par le procédé de correction pour une première situation d’une phase transitoire de variation de couple. En ordonnée les valeurs de couple sont représentées en N.m et l’abscisse est un axe temporel t. Sur le graphique supérieur, on a représenté la consigne du couple moteur 40 de l’avance à l’allumage. La consigne 40 diminue entre les instants t1 et t2 avec un gradient important générant une erreur entre la consigne et le couple réel réalisé 41 en retard par rapport à la consigne. Le graphique inférieur représente une courbe 42 illustrant le couple de correction fourni par la machine électrique de traction permettant une récupération d’énergie. Entre l’instant t2 et t3 l’erreur se réduit progressivement du fait du faible gradient de la consigne 40.

En , on décrit le pilotage des couples moteurs par le procédé de correction pour une deuxième situation de transitoire de couple où cette fois la consigne varie en augmentation. En ordonnée les valeurs de couple sont représentées en N.m et l’abscisse est un axe temporel t. Sur le graphique supérieur, on a représenté la consigne du couple moteur 50 de l’avance à l’allumage. La consigne 50 augmente progressivement entre les instants t0 et t1 avec un gradient faible ne générant pas d’erreur entre la consigne 50 et le couple réel réalisé 51. Entre les instants t1 et t2, le gradient de la consigne est plus important générant une erreur qui est corrigée instantanément par le couple de correction 52 représenté sur le graphique inférieur. Entre les instants t2 et t3, et entre t4 et t5, le procédé de correction détecte des erreurs de couple qui sont corrigées par le couple de correction 52.

En , on a représenté le pilotage des couples moteurs par le procédé de correction pour une troisième situation dite de bande morte. Le procédé améliore la récupération d’énergie sur les leviers de pied pour suivre plus finement la consigne de couple conducteur. En ordonnée les valeurs de couple sont représentées en N.m et l’abscisse est un axe temporel t. Sur le graphique supérieur, on a représenté la consigne du couple moteur 60 de l’avance à l’allumage. La ligne 63 en trait pointillé représente la valeur de la limitation de couple d’avance à l’allumage minimale. Entre les instants t2 et t3, la consigne en couple 60 est inférieure la limitation de couple d’avance à l’allumage minimale. La courbe 61 représente la valeur du couple réel réalisé, égal à zéro entre les instants t2 et t3. La bande morte est la zone non atteignable par le moteur thermique car les couples commandés sont dans la zone entre la dégradation d’avance à l’allumage minimum et la coupure injection. Dans ce cas le couple estimé par le modèle reste à 0 N.m du fait que le moteur est dans l’impossibilité de faire ce couple très faible. Il y a donc coupure d’injection de carburant.

Le procédé de correction détecte entre les instants t2 et t3 la différence de couple entre la consigne 60 et le couple 61 issu du modèle. Le procédé de correction pilote en conséquence un couple de correction, illustré par le courbe 62 sur le graphique inférieur, permettant d’assurer la réalisation de la consigne. De plus, entre les instants t1 et t2 et les instants t3 et t4, le procédé de correction détecte des erreurs de couple causés par le gradient de la consigne de couple qui sont corrigées par le couple de correction de la machine électrique générant avantageusement des couples de recharge permettant la récupération d’énergie.

Claims

Procédé de correction d’un couple moteur fourni aux roues par un moteur thermique à allumage commandé de groupe motopropulseur hybride (1) de véhicule automobile comportant également une machine électrique de traction (12), le procédé consistant à corriger le couple moteur dudit moteur thermique par un couple de correction (31) fourni aux roues par ladite machine électrique (12), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
L’estimation d’un couple réel (29) transmis aux roues par le moteur thermique,

La détermination de la valeur dudit couple de correction (31) par le calcul de la différence entre une consigne du couple moteur (32) dudit moteur thermique (10) et ledit couple réel estimé (29),

Le pilotage de ladite machine électrique (12) en fonction dudit couple de correction (31) et d’une consigne de couple moteur cible (25) de ladite machine électrique (12).
Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre la détermination de la consigne du couple moteur (32) dudit moteur thermique (10) par le calcul de la différence entre une consigne de la volonté du conducteur (27) et de ladite consigne de couple moteur cible (25) de ladite machine électrique (12).
Procédé de correction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape de traitement (34) du couple de correction (31) par au moins une sous-fonction parmi une sous-fonction de filtrage, une sous-fonction de limitation de gradient de couple ou par une sous-fonction de décalage de couple.
Procédé de correction selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’inhibition (33) du couple de correction (31) en fonction d’un signal de régime moteur du moteur thermique.
Procédé de correction selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’inhibition (33) du couple de correction (31) en fonction du signe de couple de correction (31) et de l’état d’activation d’une consigne de recharge électrique (21) par la machine électrique (12).
Procédé de correction selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’inhibition (33) du couple de correction (31) en fonction d’un signal d’activation d’un dispositif de contrôle de trajectoire.
Procédé de correction selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la consigne du couple moteur (32) dudit moteur thermique (10) est la consigne de couple d’un module de pilotage de l’avance à l’allumage dudit moteur thermique (10).
Unité de commande (14) d’un groupe motopropulseur hybride (1) de véhicule automobile, le groupe motopropulseur hybride (1) comportant un moteur thermique (10) apte à fournir un premier couple moteur aux roues et une machine électrique de traction (12) apte à fournir un deuxième couple moteur aux roues, caractérisée en ce qu’elle est configurée pour mettre en œuvre le procédé de correction selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
Véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur hybride (1) comportant une unité de commande (14) selon la revendication 8.