FR3136725A1 - Procédé et système de commande d’un véhicule automobile hybride lors des décélérations - Google Patents

Procédé et système de commande d’un véhicule automobile hybride lors des décélérations Download PDF

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Aurélien LEFEVRE
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Renault SAS
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Abstract

Procédé de commande d’un véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique débrayable, comprenant les étapes suivantes : on détermine la puissance absorbée par la machine électrique principale pour respecter le couple cible requis aux roues,on détermine la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique pour respecter le couple cible requis aux roues en soustrayant la puissance absorbée par la machine électrique principale de la capacité de charge de la batterie de traction,on détermine valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique, fonction de la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique, eton détermine une consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique à partir de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique en fonction de gradients positif et négatif. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Procédé et système de commande d’un véhicule automobile hybride lors des décélérations
L’invention concerne la commande d’un véhicule hybride, équipé d’un moteur thermique et d’au moins une machine électrique, et plus particulièrement la commande d’un tel véhicule lors d’un freinage récupératif.
On définit un véhicule hybride comprenant une transmission permettant de disposer d’un mode de fonctionnement à 100 % électrique, comme comprenant :
• au moins une machine électrique, dite machine électrique de traction, reliée aux roues et
• un moteur thermique pouvant être découplé des roues et éteint (sans combustion, sans injection de carburant).
La publication FR3022495A1 au nom de la demanderesse décrit une telle architecture.
Un mode de fonctionnement à 100% électrique implique de découpler le moteur thermique des roues ce qui permet, dans les phases de décélération du véhicule, de récupérer la majeure partie de l’énergie cinétique du véhicule. En effet, le moteur thermique, découplé, ne dissipe alors pas d’énergie à travers son entrainement à vide et les frottements qui en découlent.
Un tel mode de fonctionnement est alors privilégié lors de la décélération pour le gain énergétique associé et pour des raisons d’agrément de conduite.
Un tel mode de décélération à 100% électrique permet également de réaliser un freinage dit freinage « récupératif ». Par ailleurs, en couplant le moteur thermique aux roues, et le commandant sans injection de carburant, on peut freiner le véhicule en dissipant une partie de l’énergie. Un tel freinage est généralement dit « freinage moteur », et est couramment employé dans les véhicules thermiques.
Cependant, il arrive que dans certaines phases de roulage du véhicule, la batterie ne soit plus en capable de récupérer l’énergie cinétique du véhicule, du fait de son niveau de charge. En d’autres termes, le freinage récupératif n’est pas possible car la batterie est pleine. Le véhicule ne dispose alors plus que du freinage par le système de freinage dédié ce qui présente un désagrément de conduite non négligeable et donc non souhaité.
En d’autres termes, selon l’état de la technique sur de tels véhicules hybrides, en cas de décélération en mode tout électrique à un moment où la batterie est déjà pleine, il n’y a plus de frein moteur, et la seule façon de décélérer le véhicule est une action mécanique sur le système de freinage (appui volontaire du conducteur sur la pédale de frein).
Un tel problème peut également se produire lorsque la batterie est trop froide ou qu’un dysfonctionnement limite sa capacité de recharge.
Une solution pour résoudre ce problème, connue de l’état de la technique tel que décrit dans le document FR3022495A1, plus particulièrement fondée sur une architecture à deux machines électriques, consiste à sélectionner un autre état particulier de la chaine cinématique, communément appelé « hybride série » et défini comme étant un mode dans lequel :
• au moins une première machine électrique, dite « machine électrique de traction » est reliée aux roues et
• une deuxième machine électrique n’est pas reliée aux roues,
• le moteur thermique est allumé, commandé en coupure d’injection et relié à la deuxième machine électrique
• la machine électrique de traction régénère l’énergie cinétique du véhicule en énergie électrique, avec pour destination
- la batterie via une charge de celle-ci,
- les consommateurs électriques via une alimentation de ces derniers et
- la deuxième machine électrique reliée au moteur thermique
La deuxième machine électrique est alimentée afin d’entrainer en rotation le moteur thermique en coupure d’injection de sorte à dissiper de l’énergie électrique en énergie mécanique à travers les frottements du moteur thermique. On peut ainsi dissiper l’énergie non récupérable par la batterie ou les accessoires électriques afin de garantir la décélération du véhicule par l’intermédiaire du freinage récupératif.
Cette énergie à dépenser par la machine électrique pouvant être plus ou moins grande en fonction de la capacité de la batterie à récupérer de l’énergie et de la volonté du conducteur, il est alors nécessaire d’adapter le point de fonctionnement du moteur thermique et de la deuxième machine électrique afin de ne dépenser que l’énergie nécessaire. Ce point de fonctionnement étant limité à la vitesse de rotation, le moteur thermique ne pouvant réaliser que ses pertes, il est alors nécessaire de calculer la vitesse minimale de rotation pour répondre à la contrainte de décélération souhaitée du véhicule.
Il demeure ainsi un problème technique à résoudre lié au calcul de la vitesse de rotation du moteur thermique pour dépenser l’énergie électrique nécessaire à la réalisation de la décélération du véhicule par freinage récupératif tout en maitrisant la problématique sonore et vibratoire, dite NVH (acronyme anglophone pour « Noise and Vibration harshness ») associée.
Techniques antérieures
De l’état de la technique antérieure, on connait le document EP 3 725 616 décrivant le calcul d’un régime cible et de sa trajectoire pour le cas d’un véhicule hybride dont le moteur thermique et la machine électrique sont connectées à la roue en fonction d’un niveau de recharge souhaitée.
L’invention a pour objet un procédé de commande d’un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une première machine électrique et une deuxième machine électrique, le moteur thermique étant connecté aux roues par une connexion débrayable et à la deuxième machine électrique par une connexion également débrayable, les machines électriques étant reliées électriquement à une batterie, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes :
- on détermine la volonté de couple du conducteur,
- on détermine la puissance absorbée par la machine électrique principale pour respecter le couple cible requis aux roues,
- on détermine la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique pour respecter le couple cible requis aux roues en soustrayant la puissance absorbée par la machine électrique principale de la capacité de charge de la batterie de traction,
- on détermine la puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique en fonction de la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique et de la valeur moyenne de rendement électrique à partir d’une puissance mécanique,
- on détermine une valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique, modélisée par un modèle linéaire des pertes de puissance du moteur thermique fonction de la puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique, et
- on détermine une consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique à partir de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique en fonction de gradients positif et négatif.
On peut limiter la valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique à une vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations pour tenir compte des contraintes vibratoires.
Pour déterminer la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique, on peut réaliser les sous-étapes suivantes :
- on détermine un différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique comme étant égale à la différence entre la vitesse minimale de rotation du moteur thermique et la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique,
- on détermine une valeur d'état booléenne, en fonction d'une comparaison entre la vitesse minimale de rotation du moteur thermique et un seuil de vitesse de rotation pendant une durée minimale,
- on détermine un gradient positif en fonction d’une première table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et en fonction de ladite valeur d’état booléenne,
- on détermine un gradient négatif en fonction d’une deuxième table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et en fonction de ladite valeur d’état booléenne, et
- on détermine ensuite la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique en fonction du gradient positif, du gradient négatif et de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique.
On peut déterminer la consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique comme la valeur minimale entre la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et la vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations.
L’invention a également pour objet un système de commande d’un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une première machine électrique et une deuxième machine électrique, le moteur thermique étant connecté aux roues par une connexion débrayable et à la deuxième machine électrique par une connexion également débrayable, les machines électriques étant reliées électriquement à une batterie, le système de commande étant caractérisé par le fait qu’il comprend un capteur de mesure du couple cible requis aux roues, un capteur de mesure de la capacité de charge de la batterie de traction des moyens de calcul et des mémoires configurés pour exécuter le procédé de commande tel que décrit ci-dessus.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La illustre les principales étapes d’un procédé de commande selon l’invention,
 Description détaillée
Le procédé de commande a pour but de définir une vitesse minimale de rotation du moteur afin de répondre à la volonté du conducteur en phase de décélération tout en maitrisant l’évolution et le niveau de cette vitesse de rotation afin d’en limiter l’impact sur la prestation NVH (acronyme anglophone pour « Noise Vibration and Harshness »).
Les variables suivantes sont introduites :
- WHL_TQ_TG : couple cible requis aux roues élaboré à partir de la requête du conducteur et des fonctions tierces ayant un impact sur son élaboration (Régulateur de vitesse, conduite autonome, etc.)
- WHEEL_EL_POW_TG : puissance absorbée par la machine électrique principale
- EM_SND_EL_POW : puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique
- BAT_TRAC_CHRG_POW : capacité de charge de la batterie de traction
- EM_SND_MECA_POW : puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique
- EM_SND_MOT_EFY_FAC : valeur moyenne de rendement électrique à partir d’une puissance mécanique
- ENG_MIN_SPD_RAW : valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique
- ENG_MIN_SPD_RAW_TG : consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique
- ENG_MAX_AUTH_SPD : vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations, pouvant être dépendante de la vitesse, de la position levier ou autre interface IHM (acronyme pour « interface homme machine ») ayant un impact sur le niveau de décélération véhicule.
- ENG_MIN_SPD_TG : Consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique allant vers le reste des arbitrages ayant un impact sur le choix du régime final du moteur thermique sur un état hybride série.
- ENG_MIN_SPD : vitesse minimale de rotation du moteur thermique
Séquentiellement, le procédé de commande selon l’invention permet :
- de calculer la puissance électrique produite par la machine électrique de traction pour répondre à la « volonté du conducteur » (la volonté du conducteur correspond à un souhait d’accélération du véhicule, qui est traduite par un calculateur en une consigne de puissance / couple à la roue),
- de calculer la puissance électrique à dissiper par la deuxième machine électrique reliée au moteur thermique pour dissiper la puissance électrique n’ayant pas pu être absorbée par la batterie ou les accessoires électriques,
- de calculer la puissance mécanique associée, et
- de définir la vitesse minimale de rotation du moteur thermique à réaliser pour dissiper la puissance mécanique précédente.
Le procédé de commande est illustré par la .
Au cours d’une première étape 1, on détermine la puissance absorbée par la machine électrique principale WHEEL_EL_POW_TG (exprimée en Watts) pour respecter le couple cible requis aux roues WHL_TQ_TG. Cette fonction est ici calculée à l’aide d’un modèle polynomial d’ordre 2 de consommation électrique :
Avec :
- RAT_EM: un ratio de démultiplication entre la machine électrique principale de traction et la roue,
- P0 (exprimé en Watts) : les pertes statiques de la machine principale, généralement fonction du régime et de la tension batterie,
- P1 (exprimé en W/Nm) : un coefficient d’ordre 1 de la consommation électrique de la machine principale, généralement fonction de la vitesse de rotation et de la tension batterie,
- P2 (exprimé en W/Nm²) : un coefficient d’ordre 2 de la consommation électrique de la machine principale, généralement fonction de la vitesse de rotation et de la tension batterie.
Au cours d’une deuxième étape 2, on soustrait alors la puissance absorbée par la machine électrique principale WHEEL_EL_POW_TG de la capacité de charge de la batterie de traction BAT_TRAC_CHRG_POW afin de déterminer la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique EM_SND_EL_POW pour respecter le couple cible requis aux roues et la puissance électrique associée :
Au cours d’une troisième étape 3, on convertit la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique EM_SND_EL_POW électrique en puissance mécanique équivalente EM_SND_MECA_POW à réaliser par la machine électrique secondaire.
Avec : EM_SND_MOT_EFY_FAC la valeur moyenne de rendement électrique à partir d’une puissance mécanique (valeur paramétrable).
Au cours d’une quatrième étape 4, on détermine la valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW, modélisée par un modèle linéaire des pertes de puissance du moteur thermique comme étant égale à la puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique EM_SND_MECA_POW
Avec :
- P0_ENG_LOSS_POW (exprimé en Watts) : le coefficient d’ordre 0 de la puissance des pertes moteur thermique, ce coefficient pouvant être fonction de la température de liquide de refroidissement du moteur thermique.
- P1_ENG_LOSS_POW (exprimé en W/RPM, RPM pour « Rotation Per Minute ») : le coefficient d’ordre 1 de la puissance des pertes moteur thermique, ce coefficient pouvant être fonction de la température de liquide de refroidissement du moteur thermique.
La valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW pouvant être soumise à de fortes variations, on consolide cette dernière avec une vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations ENG_MAX_AUTH_SPD pour tenir compte des contraintes vibratoires NVH. On limite ainsi la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD à la vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations ENG_MAX_AUTH_SPD :
Au cours d’une cinquième étape 5, on détermine une consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_TG à partir de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD.
Au cours de cette étape, on gère l’évolution dynamique de la consigne brute en autorisant des gradients maximaux afin de ne pas avoir de saut de vitesse de rotation qui serait non désirée pour la prestation client d’un point de vue acoustique et vibratoire (NVH) tout en garantissant une dynamique élevée si le besoin le requiert.
Pour déterminer la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique pour le freinage ENG_MIN_SPD_RAW_TG, on réalise les sous-étapes suivantes :
  • On détermine un différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_DIF comme étant égal à la différence entre la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD et la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW_TG.
  • On détermine une valeur d'état booléenne, prenant une première valeur si la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD est inférieure à un seuil de vitesse de rotation ENG_MIN_AL_THD pendant une durée minimale ENG_MIN_AL_DLY, et prenant une deuxième valeur dans les autres cas.
  • On détermine un gradient positif ENG_MIN_SPD_POS_SLOPE_AUTH en fonction d’une première table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_DIF et de ladite valeur d’état booléenne. La valeur de gradient positif est celle de la table si la valeur d’état booléenne a pris la deuxième valeur et une valeur paramétrable si la valeur d’état booléenne a pris la première valeur, cette valeur paramétrable étant usuellement paramétrée avec une très grande valeur positive.
  • On détermine un gradient négatif ENG_MIN_SPD_NEG_SLOPE_AUTH en fonction d’une deuxième table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_DIF et de ladite valeur d’état booléenne. La valeur de gradient négatif est celle de la table si la valeur d’état booléenne a pris la deuxième valeur et une valeur paramétrable si la valeur d’état booléenne a pris la première valeur, cette valeur paramétrable étant usuellement paramétré avec une très grande valeur négative.
  • On détermine ensuite la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW_TG en fonction du gradient positif ENG_MIN_SPD_POS_SLOPE_AUTH, du gradient négatif ENG_MIN_SPD_NEG_SLOPE_AUTH et de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD.
Cette logique permet de revenir à la vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD en fin de traitement tout en maitrisant son évolution lorsqu’une valeur plus élevée que celle qui est usuellement obtenue sur les états hybrides série n’est pas requise afin de permettre au moteur thermique de revenir vers une vitesse de rotation neutre d’un point de vue acoustique et vibratoire NVH pour le client.
La consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW_TG est alors consolidée lors d’une sixième étape 6 par la vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations ENG_MAX_AUTH_SPD pour respecter les contraintes sonores et vibratoires NVH. On détermine alors la consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_TG comme étant égale à la valeur minimale entre la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique ENG_MIN_SPD_RAW_TG et la vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations ENG_MAX_AUTH_SPD.
Une vitesse de rotation minimale cible du moteur thermique est ainsi élaborée pour permettre de respecter le couple cible requis aux roues lors d’une décélération avec un faible potentiel de recharge batterie tout en maitrisant les problématiques NVH associées pour garantir les prestations du véhicule.

Claims (5)

  1. Procédé de commande d’un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une première machine électrique et une deuxième machine électrique, le moteur thermique étant connecté aux roues par une connexion débrayable et à la deuxième machine électrique par une connexion également débrayable, les machines électriques étant reliées électriquement à une batterie, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes :
    • on détermine la volonté de couple du conducteur par l’intermédiaire d’un capteur de mesure du couple cible requis aux roues,
    • on détermine la puissance absorbée par la machine électrique principale pour respecter le couple cible requis aux roues,
    • on détermine la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique pour respecter le couple cible requis aux roues en soustrayant la puissance absorbée par la machine électrique principale de la capacité de charge de la batterie de traction déterminée par l’intermédiaire d’un capteur de mesure de la capacité de charge de la batterie de traction,
    • on détermine la puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique en fonction de la puissance électrique devant être dépensée par la deuxième machine électrique et de la valeur moyenne de rendement électrique à partir d’une puissance mécanique,
    • on détermine une valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique, modélisée par un modèle linéaire des pertes de puissance du moteur thermique fonction de la puissance mécanique équivalente à réaliser par la deuxième machine électrique, et
    • on détermine une consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique à partir de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique en fonction de gradients positif et négatif.
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel on limite la valeur brute de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique à une vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations pour tenir compte des contraintes vibratoires.
  3. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, pour déterminer la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique, on réalise les sous-étapes suivantes :
    • on détermine un différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique comme étant égale à la différence entre la vitesse minimale de rotation du moteur thermique et la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique,
    • on détermine une valeur d'état booléenne, en fonction d'une comparaison entre la vitesse minimale de rotation du moteur thermique et un seuil de vitesse de rotation pendant une durée minimale,
    • on détermine un gradient positif en fonction d’une première table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et en fonction de ladite valeur d’état booléenne,
    • on détermine un gradient négatif en fonction d’une deuxième table prédéterminée recevant en entrée le différentiel de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et en fonction de ladite valeur d’état booléenne, et
    • on détermine ensuite la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique en fonction du gradient positif, du gradient négatif et de la vitesse minimale de rotation du moteur thermique.
  4. Procédé de commande selon la revendication 3, dans lequel on détermine la consigne de vitesse minimale de rotation du moteur thermique comme la valeur minimale entre la consigne brute de vitesse minimale de rotation du moteur thermique et la vitesse de rotation maximale autorisée du moteur thermique pour les décélérations.
  5. Système de commande d’un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une première machine électrique et une deuxième machine électrique, le moteur thermique étant connecté aux roues par une connexion débrayable et à la deuxième machine électrique par une connexion également débrayable, les machines électriques étant reliées électriquement à une batterie, le système de commande étant caractérisé par le fait qu’il comprend un capteur de mesure du couple cible requis aux roues, un capteur de mesure de la capacité de charge de la batterie de traction des moyens de calcul et des mémoires configurés pour exécuter le procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
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