FR3135665A1 - Procédé de pilotage d'une chaine de traction hybride pour effecter un changement de sens de marche d'un vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride (10) d'un véhicule automobile comportant: - un moteur thermique (11), - une machine électrique tournante (12), - une boîte de vitesses (13) comportant au moins un embrayage (K1, K2) de changement de rapport de vitesse, - un embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique, caractérisé en ce que lors d'une demande de changement de direction du véhicule automobile, et dans le cas où un niveau de charge de la batterie de puissance (19) est supérieur ou égal à un seuil de charge (S1) et un niveau de puissance de décharge (P_dech) est supérieur ou égal à un seuil de puissance (S2), alors la machine électrique tournante (12) assure seule ce changement de direction, la boîte de vitesses conservant le rapport de vitesse qui était le sien avant la demande changement de direction du véhicule automobile. Figure 1

Description

PROCÉDÉ DE PILOTAGE D'UNE CHAINE DE TRACTION HYBRIDE POUR EFFECTER UN CHANGEMENT DE SENS DE MARCHE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride pour effectuer un changement de sens de marche d'un 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.
Pour des boîtes de vitesses à rapport discret, on effectue une interruption de couple à la roue et on arrête le véhicule pour effectuer un changement de sens de marche (la boîte de vitesses passe du rapport de première à un rapport de marche arrière) lorsque le conducteur passe le levier de D (Drive) à R (Reverse) ou inversement.
Pour des boîtes de vitesses automatiques à convertisseur de couple utilisées majoritairement sur le marché nord-américain, le conducteur peut changer le sens de marche alors que le véhicule est roulant sans actionner la pédale de frein.
L'invention vise à proposer cette fonctionnalité sur une chaîne de traction hybride ayant une boîte de vitesses à rapport discret.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride d'un véhicule automobile comportant:
- un moteur thermique, et
- une machine électrique tournante connectée électriquement à une batterie de puissance,
- 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,
caractérisé en ce que lors d'une demande de changement de direction du véhicule automobile, et dans le cas où un niveau de charge de la batterie de puissance est supérieur ou égal à un seuil de charge et un niveau de puissance de décharge est supérieur ou égal à un seuil de puissance, alors la machine électrique tournante assure seule ce changement de direction, la boîte de vitesses conservant le rapport de vitesse qui était le sien avant la demande changement de direction du véhicule automobile.
L'invention permet ainsi de supprimer le besoin de changement de rapport de vitesse lorsque le conducteur commande un changement de sens de marche du véhicule automobile. Ainsi, la chaîne de traction présente un comportement identique à une boîte de vitesses automatique à convertisseur de couple et satisfait donc l’exigence du marché nord américain. L'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle peut être implémentée de façon logicielle sans modifier la structure de la chaîne de traction.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l'embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique est dans un état ouvert lors du changement de direction du véhicule automobile.
Selon une mise en œuvre de l'invention, dans le cas où le changement de direction correspond à un changement de direction allant d'une marche avant vers une marche arrière du véhicule automobile, la boîte de vitesses reste dans un rapport de première lors du changement de direction du véhicule automobile.
Selon une mise en œuvre de l'invention, dans le cas où le changement de direction correspond à un changement de direction allant d'une marche arrière vers une marche avant, la boîte de vitesses reste dans un rapport de marche arrière lors du changement de direction du véhicule automobile.
Selon une mise en œuvre de l'invention, dans le cas où un couple à la roue demandé est supérieur à un seuil, le moteur thermique est utilisé en support de la machine électrique tournante pour assurer une traction du véhicule automobile.
Selon une mise en œuvre de l'invention, dans le cas où le niveau de charge de la batterie de puissance est inférieur au seuil de charge et/ou le niveau de puissance de décharge est inférieur au seuil de décharge, le moteur thermique assure une mobilité du véhicule et une charge de la batterie de puissance.
Avantageusement, ledit procédé est mis en œuvre lorsqu'une vitesse du véhicule automobile est comprise entre -50km/h et +50km/h.
L'invention concerne en outre une chaîne de traction hybride de véhicule automobile comportant un calculateur muni d'une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Selon une réalisation de l'invention, ladite chaîne de traction comporte une boîte de vitesses à double embrayages.
Selon une réalisation de l'invention, ladite chaîne de traction comporte un embrayage de connexion et de déconnexion du moteur thermique disposé entre ledit moteur thermique et la 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 schématique d'une chaîne de traction hybride d'un véhicule automobile mettant en œuvre un procédé de pilotage pour effectuer un changement de direction de déplacement d'un véhicule automobile;
La est une représentation schématique des zones de fonctionnement de la batterie de puissance correspondant chacune à une stratégie de mise en œuvre du procédé selon l'invention;
La est une représentation graphique de l'évolution, en fonction du temps, de la position d'un levier de commande du véhicule automobile, du rapport de vitesse engagé, d'un couple et d'un régime de la machine électrique tournante, et de la vitesse du véhicule automobile lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention suivant deux stratégies différentes;
Les figures 4a et 4b illustrent des chemins de puissance à l'intérieur de la chaîne de traction lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention suivant deux stratégies différentes.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
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. La boîte de vitesses 13 comporte un arbre d'entrée 13.1 et un arbre de sortie 13.2. L'arbre de sortie 13.2 de la boîte de vitesses 13 est relié 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 13.1 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 13.1 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 13.1 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 l'arbre d'entrée 13.1 de la boîte de vitesses 13 par l'intermédiaire d'un ensemble réducteur 16. L'ensemble réducteur 16 pourra être 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 pourra être associé à un alterno-démarreur 17. 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.
La machine électrique tournante 12 ainsi qu'un compresseur électrique 18 de climatisation sont connectés électriquement à une batterie de puissance 19 sur un réseau électrique haute tension 20. Le réseau électrique haute tension 20 présente une tension de fonctionnement de 24 Volts ou de 48 Volts, voire une tension supérieure.
Un convertisseur continu-continu 21 permet de transformer la tension du réseau électrique haute tension en une basse tension notamment une tension de 12 Volts compatible avec un réseau électrique de bord 22 du véhicule. Ce réseau électrique de bord 22 comporte une batterie basse tension 23. La batterie basse tension 23 présente une tension par exemple de l'ordre de 12 Volts.
On décrit ci-après, en référence avec les figures 2, 3, 4a, et 4b, la mise en œuvre du procédé selon l'invention permettant de piloter la chaîne de traction 10 lors d'une demande de changement de direction du véhicule automobile. Le procédé est mis en œuvre lorsqu'une vitesse du véhicule automobile est comprise entre -50km/h et +50km/h. Un calculateur 25 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre de ce procédé.
Comme on peut le voir sur la , le conducteur commande dans un premier temps un changement de direction du véhicule automobile en modifiant la position Pos_L d'un levier de commande par exemple de la position D(Drive) correspondant à un déplacement vers l'avant du véhicule à la position R(Reverse) correspondant à un déplacement vers l'arrière du véhicule automobile.
Dans le cas où un niveau de charge SOC (pour "State Of Charge" en anglais) de la batterie de puissance 19 est supérieur ou égal à un seuil de charge S1 et un niveau de puissance de décharge (P_dech) est supérieur ou égal à un seuil de puissance S2, on se trouve dans une la zone de fonctionnement A1 de la batterie de puissance 19 (cf. ). Le seuil S1 est par exemple de l'ordre de 100W.h et le seuil S2 est par exemple de l'ordre de 10 kW. Par "de l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 10% autour de la valeur indiquée.
Dans cette zone de fonctionnement A1, la machine électrique tournante 12 assure seule ce changement de direction en passant d’une production de couple positif à une production de couple négatif. La boîte de vitesses 13 ne change pas de rapport Rap en restant dans un rapport de première qu'elle avait avant la demande changement de direction du véhicule automobile.
On observe qu'à l'instant t1 de demande du changement de direction du véhicule automobile, le couple Cmel de la machine électrique tournante 12 s'inverse pour devenir négatif tandis que la vitesse Wmel de la machine électrique tournante 12 diminue progressivement pour devenir négative. Il en est de même pour la vitesse Vveh du véhicule automobile.
L'embrayage K0 de connexion et de déconnexion du moteur thermique 11 est dans un état ouvert lors du changement de direction du véhicule automobile effectué dans le cadre d'un roulage purement électrique.
La illustre que la machine électrique tournante 12 fonctionnant dans un mode moteur prélève de la puissance électrique à la batterie de puissance 19 pour transmettre une énergie mécanique à la roue. Le moteur thermique 11 n'intervient pas dans la traction du véhicule automobile.
Toutefois, dans le cas où un couple à la roue demandé par le conducteur est supérieur à un seuil, le moteur thermique 11 est utilisé en support de la machine électrique tournante 12 pour assurer la traction du véhicule automobile en fournissant le couple demandé.
Dans le cas où le niveau de charge de la batterie de puissance 19 est inférieur au seuil de charge S1 et/ou un niveau de puissance de décharge P_dech est inférieur au seuil de décharge S2, on se trouve dans la zone de fonctionnement A2 de la batterie de puissance 19 (cf. ). Dans cette zone de fonctionnement A2, le moteur thermique 11 assure la mobilité du véhicule et la charge de la batterie de puissance 19.
A cet effet, à l'instant t1, le couple Cmel de la machine électrique tournante 12 passe à 0N.m et la vitesse Wmel de la machine électrique tournante 12 s'annule. A l'instant t2, le rapport de vitesse Rap est changé pour passer du rapport de première à un rapport de marche arrière. La machine électrique tournante 12 entraînée par le moteur thermique 11 voit alors augmenter son couple Cmel ainsi que sa vitesse de rotation Wmel. Dans ce cas, il existe un temps de latence T entre le moment où le changement de direction du véhicule est demandé à l'instant t1 et le moment où ce changement de direction peut effectivement être initié par le moteur thermique 11 à l'instant t2.
Comme on peut le voir sur la , la puissance du moteur thermique 11 est utilisée pour assurer la traction du véhicule et pour entraîner en rotation la machine électrique tournante 12 fonctionnant alors dans un mode générateur afin d'assurer un rechargement de la batterie de puissance 19.
Il est à noter que le procédé pourra également être mis en œuvre de façon analogue lorsque le conducteur pilote un changement de direction de la marche arrière vers la marche avant. La position Pos_L du levier de commande passe alors de la position R(Reverse) à la position D(Drive). La boîte de vitesses 13 reste dans un rapport de marche arrière lors du changement de direction piloté par la machine électrique tournante 12.
En variante, l'invention pourra également être mise en œuvre avec une boîte de vitesses 13 à simple embrayage.

Claims (10)

  1. Procédé de pilotage d'une chaîne de traction hybride (10) d'un véhicule automobile comportant:
    - un moteur thermique (11), et
    - une machine électrique tournante (12) connectée électriquement à une batterie de puissance (19),
    - 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 (13.1) auquel est connecté mécaniquement ladite machine électrique tournante (12) et un arbre de sortie (13.2) 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 changement de direction du véhicule automobile, et dans le cas où un niveau de charge de la batterie de puissance (19) est supérieur ou égal à un seuil de charge (S1) et un niveau de puissance de décharge (P_dech) est supérieur ou égal à un seuil de puissance (S2), alors la machine électrique tournante (12) assure seule ce changement de direction, la boîte de vitesses conservant le rapport de vitesse qui était le sien avant la demande changement de direction du véhicule automobile.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique (11) est dans un état ouvert lors du changement de direction du véhicule automobile.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où le changement de direction correspond à un changement de direction allant d'une marche avant vers une marche arrière du véhicule automobile, la boîte de vitesses (13) reste dans un rapport de première lors du changement de direction du véhicule automobile.
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où le changement de direction correspond à un changement de direction allant d'une marche arrière vers une marche avant, la boîte de vitesses (13) reste dans un rapport de marche arrière lors du changement de direction du véhicule automobile.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le cas où un couple à la roue demandé est supérieur à un seuil, le moteur thermique (11) est utilisé en support de la machine électrique tournante (12) pour assurer une traction du véhicule automobile.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans le cas où le niveau de charge de la batterie de puissance (19) est inférieur au seuil de charge (S1) et/ou le niveau de puissance de décharge (P_dech) est inférieur au seuil de décharge (S2), le moteur thermique (11) assure une mobilité du véhicule et une charge de la batterie de puissance (19).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre lorsqu'une vitesse du véhicule automobile est comprise entre -50km/h et +50km/h.
  8. Chaîne de traction (10) hybride de véhicule automobile comportant un calculateur (25) muni d'une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. Chaîne de traction selon la revendications 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une boîte de vitesses (13) à double embrayages (K1, K2).
  10. Chaîne de traction selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un embrayage (K0) de connexion et de déconnexion du moteur thermique disposé entre ledit moteur thermique (11) et la machine électrique tournante (12).
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