FR3140812A1 - Procédé de calcul de vitesses d’un véhicule automobile à propulsion électrique, véhicule et système associés - Google Patents
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Abstract
Procédé de calcul de vitesses d’un véhicule automobile (100) à propulsion électrique alimentée par une batterie (130), comprenant une étape de calcul de chacune des vitesses, tel que : une vitesse constante de circulation du véhicule automobile (100) durant un trajet , d’une distance (d) notée d et d’une durée tdr, entre deux stations (220, 230) de chargement de batterie,telle que la batterie (130) se décharge, durant le trajet (t) entre les deux stations (220, 230) d’une quantité d’énergie, noté ΔSOE, prédéterminée, Le procédé de calcul étant caractérisé en ce que l’étape de calcul de chacune des vitesses comprend, pour chacune des vitesses v, la résolution d’une équation Eech (tdr) = ΔSOE, Eechétant une fonction telle que Eech (tdr) = ΔSOE possède une solution analytique. Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
L’invention concerne le calcul de vitesses d’un véhicule à propulsion électrique entre deux stations de rechargement de la batterie d’alimentation de la propulsion électrique du véhicule.
L’autonomie et le chargement de la batterie est un aspect particulièrement critique des véhicules à propulsion électrique.
Pour une optimiser ou déterminer un itinéraire, il existe un besoin pour calculer les vitesses du véhicule durant des trajets entre deux stations de rechargement de la batterie pour que la batterie se décharge, durant les trajets entre les stations, de quantités d’énergies prédéterminées.
Pour cela, il existe des modèles de consommation d’énergie qui peuvent calculer l’énergie consommée sur un trajet à partir d’une vitesse. Pour déterminer la vitesse pour que la batterie se décharge, durant le trajet, d’une quantité d’énergie prédéterminée, il faut appliquer le modèle à plusieurs vitesses jusqu’à trouver celle qui conduit à une consommation de la quantité d’énergie, ce qui est consommateur de temps et de ressources de calcul du véhicule. Cela peut résulter en des temps de réponse élevés pour le conducteur, si par exemple ces calculs sont réalisés par un outil de guidage du véhicule.
Pour remédier à cet inconvénient, l’invention concerne un procédé de calcul de vitesses d’un véhicule automobile à propulsion (autrement dit : à moteur) électrique alimentée par une batterie (du véhicule), comprenant une étape de calcul de chacune des vitesses, chacune des vitesses, notée v (en m.s-1, c’est-à-dire en mètres par secondes), étant :
- une vitesse constante de circulation du véhicule automobile durant un trajet , d’une distance notée d et d’une durée notée tdr, entre deux stations (prédéterminées, c’est-à-dire déterminées avant l’étape de calcul) de chargement de batterie d’une série de stations de chargement de batterie (prédéterminée, c’est-à-dire déterminée avant l’étape de calcul),
- telle que la batterie se décharge (le déchargement résulte de la propulsion du véhicule par le moteur durant le trajet), durant le trajet entre les deux stations d’une quantité d’énergie (la quantité d’énergie de laquelle se décharge la batterie dépend de la vitesse), noté ΔSOE, prédéterminée (i.e. : déterminée avant l’étape de calcul des vitesses),
Chacune des vitesses peut ainsi être obtenue plus rapidement par le calcul direct d’une solution analytique.
Chacune des vitesses v peut se déduire du temps de trajet tdr(solution de l’équation) et de la distance d (cette distance est par exemple connue à partir d’une carte géographique) entre les deux stations (prédéterminées). Ainsi, pour chacune des vitesses v, v = d/ tdr.
Une solution analytique peut par exemple être définie comme :
- Une forme close ou une série infinie, et
- Une solution exacte (i.e. : une valeur de tdrpour laquelle Eech (tdr) = ΔSOE, effectivement).
Le véhicule peut ensuite être commandé pour circuler à la vitesse v entre les deux stations, pour chacune des vitesses v.
Selon un mode de réalisation, le procédé de calcul de vitesses dans un véhicule automobile est mis en œuvre durant (l’exécution ou la mise en œuvre d’) un algorithme (autrement dit : d’une méthode, d’un procédé ou d’un programme) de programmation dynamique (et le procédé de calcul peut comprendre cette mise en œuvre) minimisant un temps pour parcourir un itinéraire comprenant (successivement) la série de station. Selon un mode de réalisation, l’algorithme de programmation dynamique comprends des états discrétisés et des variables de contrôle. Par exemple, les états discrétisés comprennent (autrement dit : représentant) des niveaux d’énergie de la batterie aux stations de la série de stations, et les variables de contrôle comprennent les vitesses, chacune des vitesses étant calculée durant l’étape de calcul de manière à ce que la batterie se décharge, durant le trajet entre les deux stations (contiguës) d’une quantité d’énergie égale à la différence entre les niveaux d’énergie de deux états, aux deux stations, des états discrétisés.
L’invention concerne également le procédé de mise en œuvre de l’algorithme comprenant le procédé de calcul.
L’algorithme de programmation dynamique peut également tenir compte du rechargement de la batterie aux stations de la série de stations. Ainsi, le temps de rechargement aux stations de la série de stations peut être une variable de contrôle.
L’algorithme de programmation dynamique est par exemple celui décrit dans l’article suivant :
« Optimization of the travel time of an electric vehicle with consideration of the recharging terminals », S Souley et al., IFAC-PapersOnLine, Volume 54, Issue 2, 2021, Pages 121-126.
En variante, le procédé peut calculer les vitesses qui peuvent permettre d’atteindre des stations de rechargement autour d’une station de rechargement hors service où le véhicule se trouve dans une situation où la batterie est presque complètement déchargée.
Selon un mode de réalisation, Eech(tdr) est un polynôme de degré inférieur à 4 (et d’indéterminé tdr).
La solution analytique est de ce cas relativement simple.
En variante, Eech(tdr) peut bien entendu avoir une forme différente. Il peut s’agir par exemple d’une fonction linéaire par morceaux.
Selon un mode de réalisation Eech(tdr) est un polynôme de degré 3 (et d’indéterminé tdr).
La solution analytique est de ce cas particulièrement simple.
Par exemple, Eech (tdr) est proportionnelle à Fvéhicule(v) x v, où Fvéhicule(v) est la force exercée sur le véhicule lorsque le véhicule circule à la vitesse v.
Cette formulation de Fvéhicule(v) suppose que l’énergie dépensée par la propulsion est linéaire par rapport à la force appliquée par le moteur pour propulser le véhicule.
Fvéhicule(v) est par exemple établie à partir d’une trajectoire d’un deuxième véhicule identique au véhicule automobile, lancé, sans propulsion.
Selon un de réalisation, Fvéhicule(v) = où :
Vwest la vitesse du vent (en mètre par seconde) ce qui permet de considérer la force du vent appliqué au véhicule (plus précisément la résultante de la force du vent (projetée orthogonalement à l’axe de circulation) sur l’axe de circulation du véhicule,
f 0 ,f 1 ,f 2 étant des (nombres) réels dont un au moins est non nul
Par exemple, l’équation s’écrit :
= ΔSOE, où
est l’efficacité de la propulsion du véhicule,
Epest l’énergie potentielle du véhicule. ¨Par exemple, Ep est l’énergie potentielle du véhicule sur le trajet (numériquement, Ep = mgz, où m est la masse du véhicule (en kilogrammes), g l’accélération de la pesanteur (en mètres par seconde au carré), z la différence d’altitude entre les deux stations (en mètre)).
Dans ce cas, la solution analytique s’écrit :
tdr=si disc> 0 et
tdr=si disc= 0
où :
et :
Finalement, v= d/ tdr
En variante, l’équation s’écrit :
Cette équation est obtenue en supposant que :
La puissance dépensée par la propulsion électrique est oùetsont des réels dont un au moins est non nul, étant la force de propulsion appliqué par la propulsion électrique (etpeuvent être obtenus par identification sur une cartographie de consommation électrique d’un moteur électrique),
L’équation devient alors
Et la solution devient :=0
De cette manière, on obtient tdr = avec
où :
L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions, exécutables par un microprocesseur ou un microcontrôleur, pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, lorsque le programme d’ordinateur est exécuté par le microprocesseur ou un microcontrôleur.
L’invention concerne aussi un dispositif électronique configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’invention, et un véhicule automobile comprenant le dispositif électronique.
Les caractéristiques et avantages du dispositif électronique, du véhicule automobile, et du programme d’ordinateur sont identiques à ceux du procédé, c’est pourquoi, ils ne sont pas repris ici.
On entend qu’un élément tel que le véhicule, le dispositif ou un autre élément est « configuré pour » réaliser ou mettre en œuvre une étape ou une opération, par le fait que l’élément comporte des moyens pour (autrement dit « est conformé pour » ou « est adapté pour ») réaliser l’étape ou l’opération. Il s’agit préférentiellement de moyens électroniques, par exemple d’un programme d’ordinateur, de données en mémoire et/ou de circuits électroniques spécialisés.
Lorsqu’une étape ou une opération est réalisée (autrement dit : mise en œuvre) par un tel élément, cela implique généralement que l’élément comporte des moyens pour (autrement dit « est conformé pour » ou « est adapté pour » ou « est configuré pour ») réaliser l’étape ou l’opération. Il s’agit également par exemple de moyens électroniques, par exemple un programme d’ordinateur, des données en mémoire et/ou des circuits électroniques spécialisés.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels.
Description détaillée d’un exemple de réalisation de l’invention
En référence aux figures 1 à 3, à l’étape S10 un véhicule 100 s’apprête à emprunter, sur une route 300, un itinéraire it comprenant des stations 210, 220 et 230 de rechargement de batterie. Dans l’exemple donnée ici, il n’y a que trois stations de rechargement de batterie, mais généralement, l’itinéraire pourra comporter plus ou moins de stations de rechargement de batterie. Le véhicule 100 comprend un moteur électrique 120 et une batterie 130 d’alimentation du moteur électrique 120.
A l’étape S20, un algorithme de programmation dynamique est initialisé (autrement dit : démarré). L’algorithme de programmation dynamique minimise le temps pour parcourir l’itinéraire it. L’algorithme de programmation dynamique comprends des états discrétisés 1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226, 1231, 1232, 1233, 1234, 1235 et 1236.Les états 1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216 représentent des niveaux d’énergie de la batterie 130 à la station 210. Les états 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226 représentent des niveaux d’énergie de la batterie 130 à la station 220. Les états 1231, 1232, 1233, 1234, 1235, 1236 représentent des niveaux d’énergie de la batterie 130 à la station 230. Dans l’exemple donnée ici, il n’y a que six états par station de rechargement de batterie, mais généralement, l’algorithme pourra comporter plus d’états par station de rechargement de batterie. L’algorithme détermine, à l’étape S30, également une vitesse v et un temps de trajet tdr, entre deux stations contiguës, pour que la batterie 130 se décharge, durant le trajet entre les deux stations contiguës (autrement dit, de manière générale dans cet invention: voisines ou successives), d’une quantité d’énergie égale à la différence entre les niveaux d’énergie de deux états. Par exemple, en 1100, l’algorithme détermine une vitesse v et un temps de trajet tdr(puisque v = d/ tdr), entre les stations 220 et 230, pour que la batterie 130 se décharge, durant le trajet entre les deux stations 220 et 230 d’une quantité d’énergie égale à la différence entre les niveaux d’énergie 1223 et 1233. Seul le calcul de vitesse 1100 est représenté, mais l’algorithme calcule ces vitesses et ces temps de trajet pour tout couple d’état de deux stations contiguës (par exemple, entre 1216 et 1221, ou entre 1225 et 1236).
A l’étape S40, l’algorithme détermine à partir de ces temps de trajets les vitesses qui minimisent la durée de l’itinéraire it.
Ces étapes sont par exemple mises en œuvre par le dispositif électronique 110, qui, à l’étape S50 peut commander le véhicule 100 (par exemple sa motorisation et son freinage) pour que le véhicule circule aux vitesses choisies par l’algorithme.
Par exemple, A l’étape S30, le temps de trajets tdrest calculé de la manière suivante :
- tdr =si disc> 0 et
- tdr =si disc= 0
où :
et:
estl’efficacité de la propulsion du véhicule 100,
Ep est l’énergie potientielle du véhicule 100. ¨Par exemple, Ep est l’énergie potentielle du véhicule sur le trajet (numériquement, Ep = mgz, où m est la masse du véhicule 100 (en kilogrammes), g l’accélération de la pesanteur (en mètres par seconde au carré), z la différence d’altitude entre les deux stations (en mètres)).
Vwest la force du vent (plus précisément la résultante de la force du vent (projetée orthogonalement à l’axe de circulation) (en Newton) sur l’axe de circulation du véhicule 100,
f 0 ,f 1 ,f 2 étant des réels dont un au moins est non nul,
f 0 ,f 1 ,f 2 sont par exemple établis à partir d’une trajectoire d’un deuxième véhicule identique au véhicule automobile 100, lancé, sans propulsion.
L’algorithme de programmation dynamique est par exemple tel que défini dans l’article suivant :
- “Optimization of the travel time of an electric vehicle with consideration of the recharging terminals”, S Souley et al., IFAC-PapersOnLine, Volume 54, Issue 2, 2021, Pages 121-126.
La vitesses v peut se déduire du temps de trajet tdr et de la distance d (cette distance est par exemple connue à partir d’une carte géographique) entre les deux stations 220, 230 (prédéterminées). Ainsi, pour chacune des vitesses v, v = d/ tdr .
Les temps de trajet et vitesses pour tous les couples d’états de deux stations contiguës sont également calculés de la même manière (par exemple, entre 1216 et 1221, ou entre 1225 et 1236).
L’algorithme peut tenir compte du temps de rechargement de la batterie 130 aux stations 210, 220, 230. Ainsi, le temps de rechargement aux stations de la série de station stations 210, 220, 230 peut être une variable de contrôle.
Claims (10)
- Procédé de calcul de vitesses d’un véhicule automobile (100) à propulsion électrique alimentée par une batterie (130), comprenant une étape de calcul de chacune des vitesses, chacune des vitesses, notée v, étant :
- une vitesse constante de circulation du véhicule automobile (100) durant un trajet (t) , d’une distance (d) notée d et d’une durée tdr, entre deux stations (220, 230) de chargement de batterie d’une série de stations (210, 220, 230) de chargement de batterie,
- telle que la batterie (130) se décharge, durant le trajet (t) entre les deux stations (220, 230) d’une quantité d’énergie, noté ΔSOE, prédéterminée,
- Procédé de calcul de vitesses dans un véhicule automobile (100) selon la revendication 1 mis en œuvre durant un algorithme de programmation dynamique minimisant un temps pour parcourir un itinéraire (it) comprenant la série de station (210, 220, 230), l’algorithme de programmation dynamique comprenant des états discrétisés (1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226, 1231, 1232, 1233, 1234, 1235 et 1236) et des variables de contrôle, les états discrétisés (1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216, 1221, 1222, 1223, 1224, 1225, 1226, 1231, 1232, 1233, 1234, 1235 et 1236) comprenant des niveaux d’énergie de la batterie (130) aux stations de la série de stations (210, 220, 230), les variables de contrôle comprenant les vitesses, chacune des vitesses étant calculée durant l’étape de calcul de manière à ce que la batterie (130) se décharge, durant le trajet (t) entre les deux stations (220, 230) d’une quantité d’énergie égale à la différence entre les niveaux d’énergie de deux états (1223, 1233), aux deux stations (220, 230), des états discrétisés (1210. 1220, 1230)
- Procédé de calcul selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle Eech (tdr) est un polynôme de degré inférieur à 4.
- Procédé de calcul selon la revendication 3 dans laquelle Eech (tdr) est un polynôme de degré 2.
- Procédé de calcul selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle Pech(tdr) est proportionnelle à Fvéhicule(v) x v, où Fvéhicule(v) est la force exercée sur le véhicule (100) lorsque le véhicule (100) circule à la vitesse v.
- Procédé de calcul selon la revendication précédente prise en dépendance de la revendication 4 dans lequel Fvéhicule(v) =
- Vw est la vitesse du vent,
- f 0 ,f 1 ,f 2 étant des réels dont un au moins est non nul
- Procédé de calcul selon la revendication précédente dans lequel :
- L’équation s’écrit :
- = ΔSOE, où
- l’efficacité de la propulsion du véhicule (100),
- Epest l’énergie potentielle du véhicule (100).
- Programme d’ordinateur comprenant des instructions, exécutables par un microprocesseur ou un microcontrôleur, pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lorsqu’il est exécuté par le microprocesseur ou le microcontrôleur.
- Dispositif électronique (110) configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
- Véhicule automobile (100) comprenant le dispositif électronique (110) selon la revendication précédente.
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2022
- 2022-10-17 FR FR2210667A patent/FR3140812A1/fr active Pending
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