FR3120594A1 - Procede de gestion du demarrage d'un moteur thermique pour un vehicule hybride - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un procédé de gestion d'un démarrage d'un moteur thermique (5) pour un véhicule automobile de type hybride comportant : - une étape de calcul d'une répartition de couple basée sur une demande en couple d'un conducteur à un instant donné, - une étape de prédiction d'une vitesse future du véhicule automobile sur un horizon temporel de prédiction considéré, - une étape de détermination d'une valeur de couple du moteur thermique (5) en effectuant, suivant une optimisation prédictive, la minimisation, sur l'horizon temporel de prédiction, d'une fonction spécifique, - une étape de comparaison de la valeur de couple du moteur thermique (5) obtenue sur l’horizon temporel de prédiction avec une valeur de couple du moteur thermique (5) obtenue par la stratégie de gestion d'énergie standard, et - une étape d'autorisation, d'interdiction, ou de forçage d'un démarrage du moteur thermique (5) en fonction du résultat de cette comparaison. Figure 2
Description
La présente invention porte sur un procédé de gestion du démarrage d'un moteur thermique pour un véhicule hybride. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les véhicules automobiles de type hybride comportant un moteur thermique utilisé en combinaison avec une machine électrique de traction.
La gestion de l’énergie des véhicules hybrides est la fonction visant à déterminer la répartition de la demande de couple du conducteur entre le moteur thermique et la machine électrique.
La méthode de référence concernant la gestion d’énergie des véhicules hybrides est la méthode dite Stratégie de Minimisation de Consommation équivalente (ou "Equivalent Consumption Minimization Strategy" en anglais (ECMS)). Cette stratégie consiste à déterminer à chaque instant la valeur de la répartition de couple par le biais de la minimisation d’un compromis entre un coût thermique et un coût électrique. Comparé à d’autres méthodes, la méthode ECMS fournit les meilleures performances en termes de consommation de carburant.
Dans la version basique de la stratégie ECMS, le moteur thermique est considéré comme un organe statique, capable de fournir instantanément le couple demandé par le système de gestion d’énergie. Cependant, la production de couple par le moteur thermique est un phénomène dynamique, de sorte qu'il faut typiquement 1.5 à 2 secondes pour obtenir le couple maximum du moteur à partir d’un couple nul, notamment à cause de la dynamique longue du turbocompresseur.
L’approximation faite en considérant une représentation statique du moteur thermique mène parfois à des prises de décisions erronées en ce qui concerne le démarrage ou non du moteur thermique. En particulier, dans le cas d’un bref pic de demande de puissance, le système pourra demander le démarrage du moteur thermique, puis l’éteindre très rapidement par la suite lorsque la demande de couple décroît, ce qui engendre de mauvaises performances énergétiques.
Ce phénomène est illustré par la sur laquelle le couple du moteur thermique est noté ICE et le couple de la machine électrique est noté EM, TR représenté en traits discontinus étant la demande de couple. Au sommet de la demande de couple, l’ECMS a jugé nécessaire de démarrer le moteur thermique. Cependant, la demande de couple a diminué rapidement par la suite, et le système a conséquemment éteint le moteur thermique. Ce dernier aura donc été démarré pour fournir du couple pendant moins d’une demi-seconde, et ne sera pas parvenu à aller au-delà de points de fonctionnement faiblement chargés, ce qui n'est pas performant d'un point de vue énergétique.
Deux procédés sont connus pour pallier au problème du démarrage hâtif du moteur thermique dans le cadre de la gestion d’énergie des véhicules hybrides: soit le démarrage du moteur thermique est pénalisé dans la fonction à minimiser pour obtenir la répartition de couple pénalisation du démarrage (cf. A. Sciarretta, M. Back, and L. Guzzella. "Optimal control of parallel hybrid electric vehicles." IEEE Transactions on control systems technology, 12(3), 352-363, 2004), soit le système attend que la demande en couple perdure suffisamment longtemps avant de démarrer le moteur thermique (cf. M. Sivertsson, and L. Eriksson. "Design and evaluation of energy management using map-based ECMS for the PHEV benchmark." Oil & Gas Science and Technology -Revue d’IFP Energies nouvelles, 70(1), 195-211, 2015).
Dans les deux cas, les démarrages hâtifs du moteur sont évités au prix d’un comportement conservateur du système, et donc de performances énergétiques dégradées.
L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un procédé de gestion d'un démarrage d'un moteur thermique pour un véhicule automobile de type hybride comportant une chaîne de traction comprenant ledit moteur thermique et une machine électrique alimentée par une batterie, ledit procédé comportant :
- une étape de calcul, suivant une stratégie de gestion d'énergie standard, d'une répartition de couple entre le moteur thermique et la machine électrique basée sur une demande en couple d'un conducteur à un instant donné,
ledit procédé comportant en outre:
- une étape de prédiction d'une vitesse future du véhicule automobile sur un horizon temporel de prédiction considéré,
- une étape de détermination d'une valeur de couple du moteur thermique en effectuant, suivant une optimisation prédictive, la minimisation, sur l'horizon temporel de prédiction, d'une fonction dépendant du régime du moteur thermique et définie à partir de modèles de consommation du moteur thermique et de variation d’énergie dans la batterie,
- une étape de comparaison de la valeur de couple du moteur thermique obtenue sur l’horizon temporel de prédiction avec une valeur de couple du moteur thermique obtenue par la stratégie de gestion d'énergie standard, et
- une étape d'autorisation, d'interdiction, ou de forçage d'un démarrage du moteur thermique en fonction du résultat de cette comparaison.
L'invention permet ainsi, en se basant sur une prédiction à court terme de la dynamique du moteur thermique, d’éviter de démarrer hâtivement le moteur thermique ou au contraire d’anticiper une demande de couple à venir en le démarrant préventivement tout en optimisant la consommation énergétique de la chaîne de traction. En se basant sur une prédiction à très court terme de l’avenir, l’invention permet de prendre à chaque instant la décision optimale de démarrage ou non du moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l’invention, dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard et l’optimisation prédictive proposent un couple positif pour le moteur thermique, on commande la chaîne de traction avec le couple indiqué par la stratégie de gestion d'énergie standard et si le moteur thermique était à l’arrêt, son démarrage est autorisé.
Selon une mise en œuvre de l’invention, dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard propose un couple positif pour le moteur thermique mais que l’optimisation prédictive propose un couple nul, le moteur thermique est éteint ou maintenu à l’arrêt, et le véhicule automobile fonctionne en roulage électrique.
Selon une mise en œuvre de l’invention, dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard propose un couple nul pour le moteur thermique mais que l’optimisation prédictive propose un couple positif, le couple du moteur thermique obtenu par l’optimisation prédictive pour l’instant présent est appliqué à la chaîne de traction.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la stratégie de gestion d'énergie standard est une stratégie de minimisation de consommation équivalente.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la stratégie de gestion d'énergie standard calcule la valeur du couple du moteur thermique en considérant une pénalité pour un démarrage du moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la prédiction de la vitesse du véhicule automobile est basée sur une combinaison de plusieurs sources d’information choisies parmi :
- une distance et une vitesse relative à un véhicule automobile suivi,
- des informations cartographiques issues d'un système de navigation,
- une connectivité inter-véhicule ou entre un véhicule automobile et une infrastructure de communication,
- une extrapolation à partir d'un passé proche et d'une demande de couple courante d'un conducteur au moment d'une prédiction.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la fonction à minimiser est une somme d'Hamiltoniens notée P sur l'horizon temporel de prédiction qui s'exprime de la manière suivante:
- Ch mthétant une valeur de couple du moteur thermique obtenue sur l’horizon temporel de prédiction,
- T étant un indicateur de transposition de matrice,
- i étant une variable entière désignant la position d'un instant i dans l'horizon temporel de prédiction,
- N étant un nombre entier correspondant à une taille de l'horizon temporel de prédiction,
- Ai et B0-BNétant des coefficients dépendant du régime du moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l'horizon temporel de prédiction est compris entre 2 secondes et 3 secondes.
L’invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de gestion d'un démarrage d'un moteur thermique pour un véhicule automobile de type 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 est une représentation schématique d'une chaîne de traction de véhicule hybride comportant une batterie 1 alimentant une ou plusieurs machines électriques 2. Afin de faciliter la compréhension de l'invention, on considérera une seule machine électrique 2 dans la suite de la description. Un réservoir de carburant 4 à essence ou Diesel alimente le moteur thermique 5. Un calculateur 7 commande la machine électrique 2 et le moteur thermique 5 pour satisfaire la demande en couple du conducteur, en se basant notamment sur des informations cartographiques fournies par le système de navigation 8. Les couples fournis par les deux organes de traction 2 et 5 sont transmis aux roues 9 par l’intermédiaire d'une boîte de vitesses 6.
Les couples produits respectivement par le moteur thermique 5 et la machine électrique 2 s’additionnent avant la boîte de vitesses 6:
Où est le couple au vilebrequin demandé par le conducteur, et sont respectivement les couples à fournir par le moteur thermique 5 et la machine électrique 2.
La demande en couple du conducteur peut donc être satisfaite en utilisant uniquement le moteur thermique 5, ou uniquement la machine électrique 2, ou les deux à la fois. La gestion d’énergie des véhicules hybrides et donc la couche logicielle embarquée dans le calculateur 7 est destinée à déterminer à chaque instant la meilleure répartition de couple entre les deux organes via une fonction de répartition de couple u(t) exprimée de la façon suivante :
La répartition du couple entre le moteur thermique 5 et la machine électrique 2 est effectuée par une méthode de référence, appelée ECMS, basée sur la définition d'une fonction H appelée Hamiltonien :
Où est le débit de carburant provenant du réservoir 4, est la variation d’énergie dans la batterie 1 ("SOC" pour "State Of Charge" en anglais) et est le dénommé facteur d’équivalence. et sont calculés à partir de cartographies du régime et du couple, obtenues à partir d’expériences sur banc d’essai. La commande optimale à chaque instant est obtenue en cherchant la valeur de commande minimisant l’Hamiltonien :
Cette minimisation donne un sens physique à l’Hamiltonien : il s’agit d’un compromis pondéré entre un coût thermique représenté par la consommation de carburant, et un coût électrique représenté par la variation d’énergie dans la batterie. La pondération entre les deux est définie par le facteur d’équivalence : s’il est proche de zéro, le système accordera une faible valeur à l’énergie électrique et privilégiera donc un roulage électrique. À l’inverse, si est élevé (dans le négatif), le système accordera une valeur importante à l’énergie électrique et cherchera à l’économiser, voire même à faire de la recharge forcée en fournissant plus de puissance que demandé avec le moteur thermique 5, et en récupérant l’excédent avec la machine électrique 2, en mode génératrice.
Le facteur d’équivalence a donc une importance considérable dans l’ECMS, et en jouant sur sa valeur, il est possible de réguler le SOC autour d’une consigne. Typiquement, la valeur de est ajustée à l’aide d’un régulateur proportionnel-intégral :
La mise en œuvre de l’ECMS, associée à une consigne de niveau de charge de la batterie 1 pertinente (constante pour un véhicule hybride non-rechargeable, linéairement décroissante avec la distance avant la prochaine recharge sur véhicule hybride rechargeable), permet d’obtenir d’excellentes performances énergétiques, ce qui en fait la méthode de référence pour la gestion d’énergie des véhicules hybrides. Typiquement, lors d’un fonctionnement hybride de la chaîne de traction, le moteur thermique 5 sera utilisé lors de fortes demandes de puissance.
Un point cependant de l’ECMS est problématique. Il s’agit de l’approximation qui est faite dans la représentation du moteur thermique 5. En effet, la minimisation de l’Hamiltonien est réalisée en faisant l’hypothèse que le moteur thermique 5 est un organe statique, capable de fournir instantanément le couple demandé par le calculateur 7. Compte tenu du fait qu’un moteur thermique 5 à turbocompresseur mettra typiquement 1 à 2 secondes pour atteindre son couple maximum en partant d’un couple nul, l’approximation réalisée pourra mener à des performances sous-optimales. En particulier et comme illustré dans la section précédente, la demande de puissance causant l’allumage du moteur thermique 5 peut cesser alors même que le moteur 5 n’a pas eu le temps d’atteindre la consigne de couple à réaliser, provoquant ainsi un démarrage inutile.
Deux solutions sont connues pour pallier au problème. La première consiste à ajouter dans l’Hamiltonien un terme de pénalité au démarrage du moteur thermique 5 :
Où vaudra par exemple le coût énergétique provoqué par le fait de démarrer le moteur thermique 5 et de l’amener à la vitesse de rotation requise.
Une deuxième solution consiste à attendre pour que la demande d’énergie, devant justifier le démarrage du moteur thermique 5, dure suffisamment longtemps, afin d’éviter un démarrage hâtif.
Dans les deux cas, les conséquences sont sensiblement les mêmes : l’ECMS adoptera un comportement plus prudent, et démarrera le moteur thermique 5 plus tardivement. Si ces méthodes permettent d’éviter la plupart des démarrages hâtifs, elles mènent par contre à des performances énergétiques sous-optimales, puisque le moteur 5 sera démarré plus tardivement que ce qui est physiquement pertinent.
Pour prendre une décision optimale, il est nécessaire de prendre en compte l’avenir à court terme afin de gérer la dynamique du moteur thermique 5. L'invention propose ainsi l’utilisation d’un algorithme prédictif en parallèle de l’ECMS. Le calculateur 7 prédit la vitesse future du véhicule sur un horizon temporel à très court terme, de l’ordre de 2 à 3 secondes. Cette prédiction connue de l'homme du métier est basée sur une combinaison de plusieurs sources d’information.
Les sources d’informations sont choisies parmi :
- la distance et la vitesse relative à un véhicule suivi : S. Lefèvre, C. Sun, R. Bajcsy, and C. Laugier. "Comparison of parametric and non-parametric approaches for vehicle speed prediction." In American Control Conference, 2014.
- des informations cartographiques issues du système de navigation (noté 8 dans le schéma-bloc de principe) (virages, limitations de vitesse, éléments de signalisation forçant l’arrêt) : J. Kuchly, D. Nelson-Gruel, A. Charlet, A. Simon, T. Jaine, C. Nouillant, Y. Chamaillard. "Forecasting ECMS for Hybrid Electric Vehicles." In Proc. 21th IFAC World Congress, Berlin, 2020.
- une connectivité inter-véhicule ou une communication entre le véhicule et une infrastructure de communication (cf. D. Moser, H. Waschl, R. Schmied, H. Efendic, and L. del Re. "Short term prediction of a vehicle's velocity trajectory using ITS." SAE International Journal of Passenger Cars-Electronic and Electrical Systems, 8(2015-01-0295), 364-370, 2015.)
- une extrapolation à partir d'un passé proche et d'une demande de couple courante d'un conducteur au moment d'une prédiction.
Une fois la prédiction réalisée, il est possible d’en déduire les points de fonctionnement à venir de la chaîne de traction. Avec une discrétisation temporelle typiquement de 0.1s, il est possible de réaliser une optimisation prédictive de la répartition de couple sur l’horizon temporel à venir, avec une méthode de Modèle de Contrôle Prédictif (en anglais "Model Predictive Control" (MPC)). Pour ce faire, des modèles simplifiés sont utilisés pour la consommation et la variation d’énergie dans la batterie. En effet, à un régime donné il est possible de représenter ces deux valeurs par un polynôme du second degré du couple du moteur thermique 5 :
Qui donne avec Eq. 1 :
Les graphiques des figures 3a et 3b montrent la précision de la représentation quadratique proposée. Les courbes de la obtenues avec Eq.(8) indiquent la consommation de carburant F_cons en fonction du couple du moteur thermique 5 pour différents régimes du moteur thermique 5, tandis que les cercles correspondent à des points issus d’une cartographie expérimentale. Les courbes de la obtenues avec Eq.(9) indiquent la variation de niveau de charge SOC_var de la batterie 1 en fonction du couple de la machine électrique 2 pour différents régimes de la machine électrique 2, tandis que les cercles correspondent à des points issus d’une cartographie expérimentale.
Si l’on cherche à réaliser une optimisation énergétique sur l’ensemble de l’horizon considéré, il faudra minimiser la somme des Hamiltoniens (Eq. 3) sur chaque instant de l’horizon. En considérant le modèle simplifié proposé (Eq. 8 et 10), l’Hamiltonien s’écrit à présent :
Où les coefficients A, B et C sont dépendant du régime.
Comme on souhaite minimiser la somme des Hamiltoniens notée sur l’horizon considéré, on va calculer le vecteur des couples optimaux du moteur thermique 5 sur l’horizon considéré, noté :
- Ch mthétant une valeur de couple du moteur thermique (5) obtenue sur l’horizon temporel de prédiction,
- T étant un indicateur de transposition de matrice,
- i étant une variable entière désignant la position d'un instant i dans l'horizon temporel de prédiction,
- N étant un nombre entier correspondant à une taille de l'horizon temporel de prédiction,
- Ai et B0-BNétant des coefficients dépendant du régime du moteur thermique (5).
Le comportement physique de la chaîne de traction et la dynamique du moteur thermique 5 sont représentés par des contraintes à satisfaire dans le cadre du problème d’optimisation :
Les deux premières contraintes sont des saturations : la chaîne de traction doit fournir la demande de couple du conducteur mais sans dépasser les couples admissibles par le moteur thermique 5 et la machine électrique 2. La troisième contrainte permet de représenter la dynamique du moteur thermique 5. Celle-ci est ainsi approximée par une variation maximum positive du couple à chaque instant. La qui donne en ordonnée la charge normalisée Ch_nor et en abscisse le temps t est une illustration de cette approximation en réponse à un échelon de couple Ech. La courbe C1 correspond à la dynamique réelle du moteur thermique 5 tandis que la courbe C2 correspond à l'approximation dynamique du moteur thermique 5 réalisée dans le cadre du procédé selon l'invention.
Le critère quadratique à minimiser (Eq. 13) et les contraintes linéaires (Eq. 16, 17 et 18) définissent un problème d’optimisation quadratique, qui pourra être résolu par une méthode de programmation quadratique ("Quadratic Programming" en anglais). Les problèmes quadratiques sont rapides à résoudre et présentent un minimum global, contrairement aux problèmes non linéaires qui sont plus longs à résoudre, et surtout peuvent présenter des minimums locaux. Tout l’intérêt de la modélisation adoptée (Eq. 8 et 10) réside donc dans le fait qu’elle se traduit par un problème quadratique.
Une fois ce problème résolu par une méthode choisie, la solution obtenue est le couple optimal à chaque instant de l’horizon de prédiction, dont on peut déduire la répartition de couple avec Eq. 4. En parallèle l’ECMS a été utilisé avec Eq. 4 pour trouver la répartition de couple à l’instant donné, sans prise en compte de l’avenir mais avec un modèle plus sophistiqué. On a donc trois cas de figures :
- l’ECMS et l’optimisation prédictive proposent un couple positif pour le moteur thermique 5. Comme l’ECMS utilise un modèle plus précis, on applique sa commande à la chaîne de traction. Si le moteur thermique 5 était à l’arrêt, son démarrage est autorisé.
- l’ECMS propose un couple positif pour le moteur thermique 5, mais l’optimisation prédictive propose un couple nul. Cela implique qu’au vu de l’avenir proche, il n’est pas pertinent de démarrer ou de continuer à utiliser le moteur thermique 5. Le moteur thermique 5 est donc éteint ou maintenu à l’arrêt, et le véhicule fonctionne en roulage électrique.
- l’ECMS propose un couple nul pour le moteur thermique 5, mais l’optimisation prédictive propose un couple positif. Cela implique qu’au vu de l’avenir proche, il est nécessaire d’anticiper une demande de couple à venir en démarrant préventivement le moteur thermique 5. Le couple du moteur thermique 5 obtenu par l’optimisation prédictive pour l’instant présent est donc appliqué à la chaîne de traction.
En réitérant ce processus à chaque instant on a donc apporté au système de gestion d’énergie un procédé pour interdire, autoriser ou forcer le démarrage du moteur thermique 5 en fonction de l’avenir proche. Le calculateur 7 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention de gestion du démarrage du moteur thermique 5.
On décrit ci-après, en référence avec la , les différentes étapes du procédé selon la présente invention sous forme d'un algorithme.
À chaque instant, le calculateur 7 fournit, dans une étape 100, la consigne courante de SOC, la valeur courante de SOC, le couple fournit couramment par le moteur thermique 5, la demande de couple du conducteur et le régime moteur.
Le facteur d’équivalence est mis à jour avec Eq. 6, dans une étape 101.
Le couple optimal du moteur thermique est calculé, dans une étape 102, avec le modèle plus précis de l’ECMS, et en considérant une légère pénalité pour le démarrage du moteur 5 (cf. Eq. 1 et 7).
La vitesse du véhicule est prédite, dans une étape 103, sur l’horizon temporel considéré. Les points de fonctionnement de la chaîne de traction (régime, demande de couple) en sont déduits.
Un couple optimal du moteur thermique est obtenu, dans une étape 104, en résolvant le problème d’optimisation défini par les équations Eq. 13 à 18.
On compare dans une étape 105, le coût énergétique lié à (incluant le coût d’un redémarrage moteur le cas échéant) au coût d’un roulage électrique pur (le mode ZEV (Pour "Zéro Emission Véhicule"), du fait qu’on évite les pertes par pompage dans le moteur thermique 5, cela correspond au seul point discontinu de l’Hamiltonien qui n’est pas décrit par la forme quadratique proposée. Il faut donc l’évaluer à part. Le coût est évalué en comparant les valeurs des Hamiltoniens résultants des deux commandes (Eq. 7).
Si le coût du mode ZEV est inférieur au coût associé à :
Sinon
Fin du Si
Le résultat de l’optimisation sur l’horizon de prédiction est comparé, dans une étape 106, à la valeur de répartition de couple obtenu par ECMS pour interdire, autoriser ou forcer un éventuel démarrage du moteur thermique 5:
Si et
Cas 1: . L’optimisation prédictive interdit le démarrage du moteur thermique 5 ou force son arrêt.
Sinon si et
Cas 2: . L’optimisation prédictive force le démarrage du moteur thermique 5.
Sinon
Cas 3: . L’optimisation prédictive valide le mode de fonctionnement proposé par l’ECMS. Comme l’ECMS utilise un modèle plus précis, on conserve la valeur de la commande qu’il fournit.
Fin du Si
On déduit de le couple à demander à la machine électrique 2 pour satisfaire la consigne de couple du conducteur (Eq. 1). Les consignes de couple du moteur thermique 5 et de la machine électrique 2 sont appliquées aux deux organes.
L'itération est alors terminée et on attend l’instant suivant.
L'invention utilise une représentation quadratique de la consommation de carburant et de la variation d’énergie dans la batterie. Il est cependant possible d’utiliser un modèle non linéaire avec des cartographies, mais cela implique que le problème d’optimisation résultant devient non linéaire, donc plus long à résoudre et admettant possiblement plusieurs minimums locaux.
L'invention cherche uniquement à minimiser la consommation de carburant en respectant une trajectoire de SOC. Il est cependant possible de considérer également les émissions de polluants dans le critère à minimiser. Il est impossible de représenter les émissions de polluants précisément sous une forme quadratique, donc le problème d’optimisation deviendra non linéaire. D’autres critères peuvent être pris en compte comme l’agrément ou le vieillissement de la batterie.
Un modèle non linéaire basé sur des cartographies peut être utilisé pour calculer la commande par le biais de l’ECMS (Eq. 4). Ce modèle étant plus précis, on en tient compte dans l’algorithme proposé dans ce document. Cependant, pour gagner du temps de calcul, il est possible de s’en passer et de considérer uniquement la valeur de couple fournie par l’optimisation prédictive.
Il est également possible de considérer précisément la dynamique du moteur thermique 5 plutôt que sous la forme de contraintes linéaires. Cela implique de transformer le problème d’optimisation en problème non linéaire.
La méthode proposée dans ce document est présentée dans le cadre d’une architecture hybride parallèle supervisée par une stratégie de type ECMS, mais elle peut s’appliquer à toutes les architectures de motorisation hybride, ainsi qu’à toutes les méthodes de supervision de couple connues permettant de répartir un couple demandé entre le moteur thermique 5 et la machine électrique 2 à un instant donné.
Toutes les méthodes de résolutions de problèmes d’optimisation quadratique sont envisageables.
La dynamique de production de couple du moteur thermique 5 est traitée dans le cadre de cette invention. Il est également possible de tenir compte d'autres dynamiques de la chaîne de traction, comme par exemple le retard causé par l’embrayage ou la dynamique de production de couple par la machine électrique 2.
Claims (10)
- Procédé de gestion d'un démarrage d'un moteur thermique (5) pour un véhicule automobile de type hybride comportant une chaîne de traction comprenant ledit moteur thermique (5) et une machine électrique (2) alimentée par une batterie (1), ledit procédé comportant :
- une étape de calcul, suivant une stratégie de gestion d'énergie standard, d'une répartition de couple entre le moteur thermique (5) et la machine électrique (2) basée sur une demande en couple d'un conducteur à un instant donné,
caractérisé en ce que ledit procédé comporte en outre:
- une étape de prédiction d'une vitesse future du véhicule automobile sur un horizon temporel de prédiction considéré,
- une étape de détermination d'une valeur de couple (
- une étape de comparaison de la valeur de couple (
- une étape d'autorisation, d'interdiction, ou de forçage d'un démarrage du moteur thermique (5) en fonction du résultat de cette comparaison. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard et l’optimisation prédictive proposent un couple positif pour le moteur thermique (5), on commande la chaîne de traction avec le couple indiqué par la stratégie de gestion d'énergie standard et si le moteur thermique (5) était à l’arrêt, son démarrage est autorisé.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard propose un couple positif pour le moteur thermique (5) mais que l’optimisation prédictive propose un couple nul, le moteur thermique (5) est éteint ou maintenu à l’arrêt, et le véhicule automobile fonctionne en roulage électrique.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas où la stratégie de gestion d'énergie standard propose un couple nul pour le moteur thermique (5) mais que l’optimisation prédictive propose un couple positif, le couple du moteur thermique (5) obtenu par l’optimisation prédictive pour l’instant présent est appliqué à la chaîne de traction.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la stratégie de gestion d'énergie standard est une stratégie de minimisation de consommation équivalente (ECMS).
- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la stratégie de gestion d'énergie standard calcule la valeur du couple du moteur thermique (5) en considérant une pénalité pour un démarrage du moteur thermique (5).
- Procédé selon l'une quelconque de revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la prédiction de la vitesse du véhicule automobile est basée sur une combinaison de plusieurs sources d’information choisies parmi :
- une distance et une vitesse relative à un véhicule automobile suivi,
- des informations cartographiques issues d'un système de navigation,
- une connectivité inter-véhicule ou entre un véhicule automobile et une infrastructure de communication,
- une extrapolation à partir d'un passé proche et d'une demande de couple courante d'un conducteur au moment d'une prédiction. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fonction à minimiser est une somme d'Hamiltonien notée P sur l'horizon temporel de prédiction qui s'exprime de la manière suivante:
- Ch mthétant une valeur de couple moteur thermique (5) obtenue sur l’horizon temporel de prédiction,
- T étant un indicateur de transposition de matrice,
- i étant une variable entière désignant la position d'un instant i dans l'horizon temporel de prédiction,
- N étant un nombre entier correspondant à une taille de l'horizon temporel de prédiction,
- Ai et B0-BNétant des coefficients dépendant du régime du moteur thermique (5). - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'horizon temporel de prédiction est compris entre 2 secondes et 3 secondes.
- Calculateur (7) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de gestion d'un démarrage d'un moteur thermique (5) pour un véhicule automobile de type hybride tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2102480A FR3120594B1 (fr) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Procede de gestion du demarrage d'un moteur thermique pour un vehicule hybride |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| FR2102480A FR3120594B1 (fr) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | Procede de gestion du demarrage d'un moteur thermique pour un vehicule hybride |
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| FR3120594A1 true FR3120594A1 (fr) | 2022-09-16 |
| FR3120594B1 FR3120594B1 (fr) | 2023-02-10 |
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|---|---|
| FR (1) | FR3120594B1 (fr) |
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| EP4357180A1 (fr) * | 2022-10-19 | 2024-04-24 | Garrett Transportation I Inc. | Contrôleur optimal hiérarchique pour division de puissance prédictive |
| EP4357181A1 (fr) * | 2022-10-19 | 2024-04-24 | Garrett Transportation I Inc. | Division de puissance prédictive à faible consommation d'énergie pour groupes motopropulseurs hybrides |
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| DE102019105665A1 (de) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | Technische Universität Dresden | Regelvorrichtung und Verfahren zum Regeln eines Antriebssystems eines Hybridfahrzeugs |
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- 2021-03-12 FR FR2102480A patent/FR3120594B1/fr active Active
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|---|---|
| FR3120594B1 (fr) | 2023-02-10 |
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