FR3129904A1 - Procédé de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique dans une chaine de traction hybride de véhicule automobile - Google Patents

Procédé de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique dans une chaine de traction hybride de véhicule automobile Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride (10) de véhicule automobile comportant, lors d’une demande de démarrage et d’accouplement du moteur thermique (11) avec les roues du véhicule automobile: - une étape de mise en glissement de l'embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse, - une étape d'augmentation temporaire d'un couple de la machine électrique tournante (12), - une étape de démarrage du moteur thermique (11), et - une étape de fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11), - la machine électrique tournante (12) étant pilotée en régulation de régime au moins entre le moment où l'embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse est mis en glissement et le moment de la fermeture de l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11). Figure 2

Description

PROCÉDÉ DE DÉMARRAGE ET D'ACCOUPLEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE DANS UNE CHAINE DE TRACTION HYBRIDE DE VÉHICULE AUTOMOBILE
La présente invention porte sur un procédé de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique dans une chaîne de traction hybride de véhicule automobile.
De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride pour un véhicule automobile peut comporter un moteur thermique et une machine électrique tournante montés sur un train de roues, notamment un train de roues avant.
La machine électrique est disposée en entrée d'une boîte de vitesses comportant au moins un embrayage de changement de rapport de vitesse. Un arbre de sortie de la boîte de vitesses est relié aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel et d'une descente de pont.
En outre, un embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique est apte à sélectivement connecter le moteur thermique à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses lorsque ledit embrayage est à l'état fermé et à isoler le moteur thermique par rapport à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses lorsque ledit embrayage est à l'état ouvert. L'isolation du moteur thermique par rapport à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses (et donc par rapport aux roues) est requise notamment lorsque le véhicule fonctionne dans un mode de roulage électrique pur.
L'ensemble formé par la machine électrique tournante, la boîte de vitesses, ainsi que le ou les embrayages de changement de rapport de vitesse, et l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique pourra être intégré à l'intérieur d'un dispositif de transmission électrique constituant un composant indépendant de la chaîne de traction.
Le moteur thermique pourra être associé à une machine électrique réversible dite "alterno-démarreur". L'alterno-démarreur pourra être accouplé avec le moteur thermique en façade accessoires par l’intermédiaire d'un dispositif de transmission à poulie et courroie. La machine électrique pourra notamment assurer le redémarrage du moteur thermique dans le cadre d'une stratégie d'arrêt et de redémarrage du moteur thermique en fonction des conditions de circulation (système dit "stop and start" en anglais). La machine électrique pourra également participer à la récupération d'énergie lors d'une phase de freinage récupératif.
On décrit ci-après en référence avec la , la mise en œuvre d'un procédé selon l'état de la technique permettant de piloter le démarrage et l'accouplement du moteur thermique avec les roues du véhicule. La courbe C1 correspond à l’évolution temporelle du couple cible souhaité par le conducteur. La courbe C2 correspond à l’évolution temporelle du couple de démarrage appliqué au moteur thermique par l'alterno-démarreur. La courbe C3 correspond à l’évolution temporelle du couple de la machine électrique tournante. La courbe C4 correspond à l’évolution temporelle du couple du moteur thermique. La courbe C5 correspond à l’évolution temporelle du couple cible de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique. La courbe C6 correspond à l’évolution temporelle du couple réel de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique. La courbe C7 correspond à l’évolution temporelle du couple réel d'un embrayage de changement de rapport de vitesse.
La courbe C8 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse cible du moteur thermique. La courbe C9 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse réelle du moteur thermique. La courbe C10 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse de la machine électrique tournante. La courbe C11 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse de l’arbre d'entrée de la boîte de vitesses.
A l'instant T0, le calculateur reçoit une demande de démarrage et d'accouplement du moteur thermique avec des roues du véhicule.
A l'instant T1, un couple de démarrage est alors généré par l'alterno-démarreur pour permettre le démarrage du moteur thermique et le soutien de la montée en régime (cf. courbes C2, C4, et C9). A l'instant T2, un calculateur commande l'injection de carburant du moteur thermique.
A l'instant T3, lorsque le régime du moteur thermique (cf. courbe C9) a atteint un régime supérieur à celui de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses, l’embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique peut alors transmettre un couple positif. Il est alors possible de piloter un croisement de couple entre le couple de la machine électrique tournante (cf. courbe C3) et le couple de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique (cf. courbe C6). L'embrayage de changement de rapport de vitesse est maintenu fermé tout au long du procédé (cf. courbe C7).
Au cours de la phase de croisement de couple, il n'est pas possible de garantir un couple parfaitement exécuté sur l’arbre d’entrée de la boîte de vitesses. Cela est dû notamment à la mauvaise précision du pilotage de l’embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique qui ne possède pas de capteur de pression, de couple, ou de position. Les erreurs de couple qui en découlent peuvent atteindre des valeurs importantes, notamment de l'ordre de 30 N.m, ce qui engendre un impact sur l'agrément de conduite.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride de véhicule automobile comportant:
- un moteur thermique, et
- une machine électrique tournante,
- une boîte de vitesses comportant au moins un embrayage de changement de rapport de vitesse, ladite boîte de vitesses comportant un arbre d’entrée auquel est connecté mécaniquement ladite machine électrique tournante et un arbre de sortie relié à des roues du véhicule automobile,
- un embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique,
- lors d’une demande de démarrage et d’accouplement du moteur thermique avec les roues du véhicule automobile, ledit procédé comportant:
- une étape de mise en glissement de l'embrayage de changement de rapport de vitesse,
- une étape d'augmentation temporaire d'un couple de la machine électrique tournante de façon à découpler un régime de la machine électrique tournante par rapport à un régime de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses,
- une étape de démarrage du moteur thermique, et
- une étape de fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique,
- la machine électrique tournante étant pilotée en régulation de régime au moins entre le moment où l'embrayage de changement de rapport de vitesse est mis en glissement et le moment de la fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique.
L'invention permet ainsi, grâce à la mise en glissement de l'embrayage de la boîte de vitesses et au pilotage en régime de la machine électrique tournante lors du démarrage et de l'accouplement du moteur thermique, de filtrer les perturbations de couple qui ne seront pas ressenties à la roue mais sur le régime de la machine électrique tournante. Grâce à l'invention, il est donc possible de faire l'économie d'un capteur intégré dans l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l'invention, suite à la demande de démarrage et d'accouplement du moteur thermique, ledit procédé comporte une étape de mise au point de léchage de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la boîte de vitesses étant une boîte de vitesses à double embrayages, l'embrayage de la boîte de vitesses mis en glissement dépend d'un rapport de vitesse engagé.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l'étape de fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique se produit lorsqu'un régime du moteur thermique a atteint ou dépassé le régime de la machine électrique tournante.
Selon une mise en œuvre de l'invention, suite à la fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique, ledit procédé comporte une étape de fermeture de l'embrayage de changement de rapport de vitesse.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le démarrage du moteur thermique est assuré par un alterno-démarreur.
Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte un étape de pilotage d'une injection de carburant lorsqu'un régime du moteur thermique a dépassé un régime d'autonomie dudit moteur thermique.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le pilotage en régulation de régime de la machine électrique tournante est assuré par un calculateur de la machine électrique tournante.
L'invention a également pour objet une architecture de contrôle comportant une pluralité de calculateurs aptes à mettre en œuvre un procédé de pilotage de la chaîne de traction tel que précédemment défini.
Selon une réalisation de l'invention, ledit procédé comporte un calculateur de transmission, un calculateur de chaîne de traction, et un calculateur de machine électrique tournante.
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 graphique de l'évolution, en fonction du temps, de couple et de régime des différents composants d'une chaîne de traction hybride lors de la mise en œuvre d'un procédé selon l'état de la technique de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique avec les roues du véhicule;
La est une représentation schématique d'une chaîne de traction hybride d'un véhicule automobile mettant en œuvre un procédé selon l'invention de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique avec les roues du véhicule;
La est une représentation graphique de l'évolution, en fonction du temps, de couple et de régime des différents composants d'une chaîne de traction hybride lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique avec les roues du véhicule;
La est une représentation schématique d'une architecture de contrôle apte à mettre en œuvre le procédé selon l'invention de démarrage et d'accouplement d'un moteur thermique avec les roues du véhicule.
La montre une chaîne de traction hybride 10 de véhicule automobile comportant un moteur thermique 11 et une machine électrique tournante 12 montés sur un train de roues 14, notamment un train de roues avant.
La machine électrique 12 est disposée en entrée d'une boîte de vitesses 13 à double embrayages comportant deux embrayages K1, K2 de changement de rapport de vitesse. Une sortie de la boîte de vitesses 13 est reliée aux roues par l'intermédiaire d'un différentiel et d'une descente de pont (non représentés).
En outre, un embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 est apte à sélectivement connecter le moteur thermique 11 à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13 lorsque ledit embrayage K0 est à l'état fermé et à isoler le moteur thermique 11 par rapport à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13 lorsque ledit embrayage K0 est à l'état ouvert. A cet effet, l'embrayage K0 est disposé entre le moteur thermique 11 et la machine électrique tournante 12. L'isolation du moteur thermique 11 par rapport à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses et donc par rapport aux roues est requise notamment lorsque le véhicule fonctionne dans un mode de roulage électrique pur.
La machine électrique tournante 12 est montée entre l'embrayage K0 et les embrayages K1, K2 de changement de rapport de la boîte de vitesses 13. La machine électrique tournante 12 pourra être connectée sur un arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13 par l'intermédiaire d'un ensemble réducteur 16 à engrenages ou à courroie.
La machine électrique tournante 12 est apte à transformer une énergie électrique issue d'une batterie en une énergie mécanique pour assurer une traction du véhicule. La machine électrique tournante 12 est également apte à fonctionner dans un mode générateur dans lequel la machine électrique tournante 12 transforme une énergie mécanique en une énergie électrique permettant de recharger la batterie, notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
L'ensemble formé par la machine électrique tournante 12, la boîte de vitesses 13, ainsi que les embrayages K1, K2 de changement de rapport de vitesse, et l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 pourra être intégré à l'intérieur d'un dispositif de transmission électrique 15 constituant un composant indépendant de la chaîne de traction 10.
Le moteur thermique 11 est associé à une machine électrique tournante réversible 17 dite "alterno-démarreur". L'alterno-démarreur 17 pourra être accouplé avec le moteur thermique 11 en façade accessoires par l’intermédiaire d'un dispositif de transmission à poulie et courroie. L'alterno-démarreur 17 pourra notamment assurer le redémarrage du moteur thermique 11 dans le cadre d'une stratégie d'arrêt et de redémarrage du moteur thermique 11 en fonction des conditions de circulation (système dit "stop and start" en anglais). L'alterno-démarreur 17 pourra également participer à la récupération d'énergie lors d'un freinage récupératif.
On décrit ci-après en référence avec la , la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention permettant de piloter le démarrage et l'accouplement du moteur thermique 11 avec les roues du véhicule. La courbe C1 correspond à l’évolution temporelle d'un couple cible souhaité par le conducteur. La courbe C3 correspond à l’évolution temporelle du couple de la machine électrique tournante 12. La courbe C4 correspond à l’évolution temporelle du couple du moteur thermique 11. La courbe C5 correspond à l’évolution temporelle du couple cible de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11. La courbe C6 correspond à l’évolution temporelle du couple réel de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11. La courbe C7 correspond à l’évolution temporelle du couple réel d'un embrayage K1, K2 de changement de rapport de vitesse.
La courbe C8 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse cible du moteur thermique 11. La courbe C9 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse réelle du moteur thermique 11. La courbe C10 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse de la machine électrique tournante 12. La courbe C11 correspond à l’évolution temporelle de la vitesse de l’arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13.
A l'état initial, un embrayage K1 ou K2 de la boîte de vitesses 13 correspondant au rapport engagé est fermé (cf. courbe C7) tandis que l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 est à l'état ouvert (cf. courbe C6), le moteur thermique 11 étant déconnecté des roues du véhicule.
Lors d’une demande de démarrage et d’accouplement du moteur thermique 11 avec les roues du véhicule automobile se produisant à l'instant T0, l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 est mis au point de léchage (cf. courbe C6). La mise au point de léchage permet de faire passer uniquement quelque Newtons-mètres par l'embrayage K0, notamment de l'ordre de 3N.m soit un couple moins important que lorsque l'embrayage est mis en glissement. La mise au point de léchage de l'embrayage K0 permet d'améliorer la dynamique de commande en réduisant la durée nécessaire pour assurer la fermeture de l'embrayage K0.
En outre, l'embrayage K1 ou K2 de la boîte de vitesses 13 est mis en glissement (cf. courbe C7). La boîte de vitesses 13 étant à double embrayages, l'embrayage K1 ou K2 de la boîte de vitesses 13 mis en glissement dépend du rapport de vitesse engagé.
Entre les instants T1 et T2, le procédé comporte une étape d'augmentation temporaire d'un couple de la machine électrique tournante 12 (cf. courbe C3) de façon à découpler le régime de la machine électrique tournante 12 par rapport au régime de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13 (cf. courbes C10 et C11). L'augmentation temporaire du couple de la machine électrique tournante 12 se produit pendant une durée courte par exemple de l'ordre de 100ms. Le surcouple maximal appliqué pendant cette durée est de l'ordre de 10N.m. Il est à noter que le régime de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13 correspond au régime des roues du véhicule au rapport de démultiplication près de la boîte de vitesses 13.
A l'instant T3, on commande une étape de démarrage du moteur thermique 11 (cf. courbe C9). Ce démarrage est assuré par l'alterno-démarreur 17. Lorsque le régime du moteur dépasse son régime d'autonomie situé aux alentours de 600 tours/min, on commande l'injection de carburant du moteur thermique 11 à l'instant T4.
Entre les instants T5 et T6, lorsqu'un régime du moteur thermique 11 a atteint ou dépassé le régime de la machine électrique tournante 12, on commande une fermeture de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 (cf. courbe C5). A l'instant T7, l'embrayage K0 est effectivement fermé (cf. courbe C6).
La machine électrique tournante 12 est pilotée en régulation de régime au moins entre le moment où l'embrayage K1 ou K2 de la boîte de vitesses 13 est mis en glissement et le moment de la fermeture de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11.
Suite à la fermeture de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11, le procédé comporte une étape de commande de fermeture de l'embrayage K1 ou K2 de changement de rapport de vitesse à l'instant T8.
Entre la fermeture de l'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 et la fermeture de l'embrayage K1 ou K2 de changement de rapport de vitesse, la machine électrique tournante 12 pourra également être pilotée en régulation de régime. Après la fermeture de l'embrayage K1 ou K2 de changement de rapport de vitesse, la machine électrique tournante 12 pourra être pilotée en régulation de couple. De façon classique, les régulations en régime ou en couple de la machine électrique tournante 12 sont assurées par des boucles de régulation de type PID pour "Proportionnel Intégral Dérivé".
La montre une architecture de contrôle 19 comportant une pluralité de calculateurs aptes à mettre en œuvre le procédé selon l'invention de pilotage de la chaîne de traction 10.
Plus précisément, un calculateur de transmission 21 associé au dispositif 15 est apte à contrôler l'état de couple des embrayages K0, K1, K2. Un calculateur de chaîne de traction 22 est apte à envoyer une consigne de couple Cons_Cmth au moteur thermique 11. Le calculateur de chaîne de traction 22 est également apte à définir un mode de contrôle MC en régime ou en couple de la machine électrique tournante 12 et à envoyer une consigne de régime Cons_Wmel ou de couple Cons_Cmel correspondant au mode de contrôle MC sélectionné. Un calculateur de machine électrique tournante 23 met en œuvre: soit le pilotage en régulation de régime de la machine électrique tournante 12 lorsque le mode de contrôle MC en régime est sélectionné par le calculateur de chaîne de traction 22; soit le pilotage en régulation de couple de la machine électrique tournante 12 lorsque le mode de contrôle MC en couple est sélectionné par le calculateur de chaîne de traction 22.
De façon optionnelle, le calculateur de transmission 21 pourra communiquer au calculateur de machine électrique tournante 23 des informations relatives à l'état de perturbations et d'inertie du dispositif de transmission électrique 15.
En variante, l'invention pourra également être mise en œuvre avec une boîte de vitesses à simple embrayage.

Claims (10)

  1. Procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride (10) de véhicule automobile comportant:
    - un moteur thermique (11), et
    - une machine électrique tournante (12),
    - une boîte de vitesses (13) comportant au moins un embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse, ladite boîte de vitesses (13) comportant un arbre d’entrée auquel est connecté mécaniquement ladite machine électrique tournante (12) et un arbre de sortie relié à des roues du véhicule automobile,
    - un embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique,
    caractérisé en ce que lors d’une demande de démarrage et d’accouplement du moteur thermique (11) avec les roues du véhicule automobile, ledit procédé comporte:
    - une étape de mise en glissement de l'embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse,
    - une étape d'augmentation temporaire d'un couple de la machine électrique tournante (12) de façon à découpler un régime de la machine électrique tournante (12) par rapport à un régime de l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses (13),
    - une étape de démarrage du moteur thermique (11), et
    - une étape de fermeture de l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11),
    - la machine électrique tournante (12) étant pilotée en régulation de régime au moins entre le moment où l'embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse est mis en glissement et le moment de la fermeture de l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que suite à la demande de démarrage et d'accouplement du moteur thermique (11), ledit procédé comporte une étape de mise au point de léchage de l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la boîte de vitesses (13) étant une boîte de vitesses à double embrayages (K1, K2), l'embrayage (K1, K2) de la boîte de vitesses (13) mis en glissement dépend d'un rapport de vitesse engagé.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de fermeture de l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11) se produit lorsqu'un régime du moteur thermique (11) a atteint ou dépassé le régime de la machine électrique tournante (12).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que suite à la fermeture de l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11), ledit procédé comporte une étape de fermeture de l'embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le démarrage du moteur thermique (11) est assuré par un alterno-démarreur (17).
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un étape de pilotage d'une injection de carburant lorsqu'un régime du moteur thermique (11) a dépassé un régime d'autonomie dudit moteur thermique (11).
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le pilotage en régulation de régime de la machine électrique tournante (12) est assuré par un calculateur de la machine électrique tournante (23).
  9. Architecture de contrôle (19) caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de calculateurs (21, 22, 23) aptes à mettre en œuvre un procédé de pilotage de la chaîne de traction (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. Architecture de contrôle selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un calculateur de transmission (21), un calculateur de chaîne de traction (22), et un calculateur de machine électrique tournante (12).
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