Véhicule automobile à motorisation hybride
L'invention concerne un véhicule automobi le à motorisation hybride comportant des moyens perfectionnés de gestion de l'énergie. L'invention concerne plus particulièrement un véhicule automobile à motorisation hybride, du type dans lequel un ensemble motopropulseur comporte un moteur électrique et un moteur thermique qui sont susceptibles de contribuer à l'entraînement du véhicule, et du type dans lequel une unité centrale de gestion exécute une première tâche comportant la détermination du couple que doit fournir chaque moteur pour que l'ensemble motopropulseur fournisse au véhicule un couple moteur conforme à un couple demandé par le conducteur du véhicule, et du type dans lequel le moteur thermique est susceptible d'être arrêté, le véhicule étant alors entraîné par le seul moteur électrique alimenté en courant électrique par une batterie d'accumulateurs.
Dans la recherche de véhicules moins polluants que les véhicules automobiles ne comportant qu'un unique moteur thermique, les véhicules à motorisation hybride se présentent comme une alternative particulièrement intéressante aux véhicules strictement électrique.
En effet, ces derniers présentent l'avantage de n'émettre par eux-mêmes aucune substance toxique tout en étant à la fois particulièrement silencieux et économiques à l'usage. Cependant, les véhicules électriques ne tirent leur énergie que des seules batteries d'accumulateurs qu'ils embarquent avec eux. Or, étant données les faibles performances des batteries d'accumulateurs actuellement connues, du moins celles susceptibles d'être utilisées à un coût raisonnable dans un véhicule automobile, les véhicules électriques ne peuvent emmagasiner qu'une quantité d'énergie relativement faible, en dépit d'une masse conséquente, ce qui
leur confère à la fois une faible autonomie et de faibles performances.
Aussi, la solution d'une motorisation hybride comportant un moteur thermiq ue susceptible de participer à l'entraînement du véhicule permet de réaliser des véhicules présentant des performances et une autonomie bien plus élevée, satisfaisante pour un usage normal d u véhicule.
Il existe deux types principaux de véhicules hybrides. Dans les véhicules hybrides série , seu l le moteur électrique est susceptible d'entraîner directement les roues motrices d u véhicule, éventuellement au travers d ' u ne boîte de vitesses, d' un différentiel et/ou d'un embrayage. Le moteur électrique tire son énerg ie d'une batterie d'accumulateurs rechargée d'une génératrice électriq ue q ui est entraînée par le moteur thermique.
Dans un tel type de véhicule hybride, le moteur électrique est donc toujours en fonctionnement et le moteur thermiq ue peut soit être arrêté, le véhicule fonctionnant alors en mode électrique pur, soit être mis en marche de manière que la génératrice prod uise de l'électricité en vue d'alimenter le moteur électrique et/ou de recharger les batteries .
Dans un véhicu le hybride parallèle, le moteur thermiq ue et le moteur électrique sont tous les deux reliés, généralement par un système de boîte de vitesses à deux entrées, aux roues motrices du véhicule. Généralement, un embrayage est interposé entre chaque moteur et les roues motrices pour permettre le désaccouplement du moteur lorsq ue celui-ci n'est pas utilisé pour l'entraînement. Les véhicules automobiles de type hybride parallèle peuvent donc être entraînés soit à l'aide du seul moteur électrique, soit à l'aide du seul moteur thermique, ou encore à l'aide des deux moteurs simultanément. Par ailleurs, dans certaines config urations, il
est possible d' utiliser le moteur électriq ue pour assurer le démarrage du moteur thermique et le moteu r électrique peut aussi être « inversé » de telle sorte que, le moteur thermique entraînant en rotation le moteur électriq ue, éventuellement en même temps qu'il entraîne en rotation les roues motrices d u véhicule, assure le rechargement des batteries.
I l est à noter qu'il existe une variante de réalisation des véhicules hybrides en parallèle dans lesquels chacun des deux moteurs thermique et électriq ue est accouplé non pas à un même essieu , mais à des essieux différents.
Quel q ue soit le type de véh icule hybride envisagé , il est donc nécessaire de gérer le plus efficacement possible la commande de chacun des moteurs thermique et électrique pour assurer l'entraînement du véhicule selon les desiderata d u conducteur q ui détermine à chaq ue instant le couple moteur nécessaire à l'avancement d u véhicule pour assurer l'accélération ou la décélération d u véhicule, ou le maintien du véhicule à une vitesse stabilisée.
Notamment, le choix de l'utilisation ou non d u moteur thermique est particulièrement crucial car il permet de déterminer l'autonomie d u véhicule, ses performances , tout cela dans la mesure où la mise en route du moteur thermique est effectivement possible, ce qui peut par exemple être interdit dans certaines zones au trafic particulièrement dense ou à certaines périodes pour limiter la pollution.
Par ailleurs, il est nécessaire q ue les transferts de répartition de la puissance fournie par chacun des moteurs se fassent de manière « transparente » pour le conducteur, c'est-à-dire en ne produisant qu'un minimum de perturbations et d'à-coups.
Aussi, l'invention propose un véhicule automobile d u type décrit précédemment, caractérisé en ce que , au moins
pour certains modes de fonctionnement de l'ensemble motopropulseur, l'unité centrale exécute une deuxième tâche au cours de laquelle est décidé l'arrêt ou le démarrage du moteur thermique, en ce q ue la première tâche et la deuxième tâche sont exécutées en parallèle, et en ce q ue la fréq uence d'exécution de la deuxième tâche est inférieure à celle de la première tâche.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : le cond ucteur peut imposer à l'ensemble motopropulseur un mode de fonctionnement électrique dans lequel le moteur thermique est arrêté ; le cond ucteur peut imposer à l'ensemb le motopropulseur un mode de fonctionnement de régénération dans leq uel le moteur thermique est utilisé notamment pour assurer le rechargement de la batterie ; le conducteur peut imposer à l'ensemble motopropulseur un mode de fonctionnement hybride dans lequel l'unité centrale exécute la deuxième tâche au cours de laquelle est décidé l'arrêt ou le démarrage d u moteur thermique ;
- la décision d'arrêt ou de démarrage du moteur thermiq ue est prise notamment en fonction d'un niveau de charge de la batterie ;
- le démarrage d u moteur thermique est décidé ou confirmé lorsque le niveau de charge de la batterie est inférieur à un niveau de seuil bas, et en ce que l'arrêt d u moteur thermique est susceptible d'être décidé ou d'être confirmé lorsque le niveau de charge de la batterie est supérieur à un niveau de seuil haut ; - la décision d'arrêt ou de déma rrage d u moteu r thermique est prise notamment en fonction d u couple instantanée demandé par le conducteur ;
- la décision d'arrêt ou de démarrage du moteur thermique est prise notamment en fonction du couple moyen demandé par le conducteur pendant un intervalle de temps prédéterminé précédant de la décision ; - le démarrage du moteur thermiq ue est décidé - ou confirmé lorsque le couple instantané demandé par le conducteur est supérieur à un niveau de seuil haut, et en ce que l'arrêt du moteur thermique est susceptible d'être décidé ou d'être confirmé lorsque le couple instantané et le couple moyen demandés par le cond ucteu r sont inférieurs à un niveau de seuil bas ;
- l'arrêt du moteur thermique est décidé ou confirmé lorsq ue, à la fois, le niveau de charge de la batterie est supérieur à un niveau de seuil haut et le couple instantané et le couple moyen demandés par le conducteur sont inférieu rs à un niveau de seuil bas ;
- la décision d'arrêt ou de démarrage d u moteur thermique est prise notamment en fonction d'un écart entre le couple demandé par le conducteur et le couple effectivement fourni par l'ensemble motopropulseur ;
- en fonctionnement du mode de fonctionnement sélectionné par le conducteur, il est fixé un niveau de consigne de charge de la batterie ;
- l'ensemble motopropulseur est un ensemble hybride en série dans lequel les -.roues motrices du véhicule sont entraînées exclusivement par le moteur électrique q ui est alimentée par du courant électrique provenant soit de la batterie soit d'une génératrice entraînée par le moteur thermique ; - i l est déterminé la puissance électriq ue à fourn ir à la batterie en fonction d'un écart entre les niveaux réel et de référence de la batterie, en tenant compte de valeurs limites
de puissance de charge et de décharge de la batterie ;
- le démarrage d u moteur thermiq ue est déterminé en fonction de la puissance électrique à fournir à la batterie, de la puissance électrique absorbée par le moteur électriq ue et en fonction d'un écart entre la valeur du couple demandé par le cond ucteur et la valeur du couple fourni par le moteur électriq ue ;
- il est déterminé un niveau de consigne de la p uissance fournie par la génératrice en fonction de la puissance " réelle fournie par la génératrice, de la puissance réelle fourn ie par la batterie, et de la puissance à fournir à la batterie, en tenant compte la puissance maximale susceptible d'être fourn ie par la génératrice ;
- il est déterminé une puissance électriq ue nécessaire en fonction d u couple moteur demandé par le cond ucteu r, en tenant compte, au moins lorsq ue ce couple est supérieur en valeur absolue à une valeur minimale, d'un rendement du moteu r électriq ue ;
- il est déterminé une valeur de consig ne d u couple fourn i par le moteur électriq ue en fonction du couple moteur demandé par le cond ucteur multiplié par, au moins lorsq ue la puissance électriq ue nécessaire est supérieure en valeur absolue à une valeur de seuil , d u rapport de la puissance électrique susceptible d'être fournie au moteur électriq ue divisée par la puissance électrique nécessaire, la puissance électrique susceptible d'être fournie au moteur électriq ue tenant compte de la puissance électrique nécessaire, de la puissance réelle fournie par la génératrice, de la puissance susceptible d'être fournie par la batterie, et de la puissance maximale susceptible d'être absorbée par le moteur ;
- l'ensemble motopropulseur est un ensemble hybride en parallèle dans leq uel le moteur électriq ue et le moteur
thermiq ue entraînent chacun soit au moins une même roue motrice soit des roues motrices différentes ;
- l'ensemble motopropulseur fonctionne en mode de régénération , le- moteur électrique ne délivre un couple moteur que si le cond ucteur provoque une hausse brutale du couple demandé ;
- lorsque l'ensemble motopropulseur fonctionne en mode de régénération, le moteur thermique est commandé pour fournir un couple maximal ; - lorsq ue l'ensemble motopropulseur fonctionne en mode hybride et que le niveau de charge de la batterie est précédemment devenu inférieur à un niveau de seuil bas et n'a pas encore dépassé un niveau de seuil haut, le moteu r thermiq ue est commandé pour fournir un couple de consig ne au moins égal à un couple optimal correspondant à des conditions de rendement optimales du moteur thermique ;
- lorsque l'ensemble motopropulseur fonctionne en mode hybride et que le couple instantané demandé par le conducteur est précédemment devenu supérieur à un niveau de seuil haut sans être redevenu inférieur à un niveau de seuil bas en même temps q ue le niveau moyen est inférieu r au niveau de seuil bas, le moteur thermiq ue est commandé pour fournir un couple de consigne au moins égal à une valeur filtrée d u couple demandé par le conducteur ; et - si une valeur filtrée du couple demandé par le conducteur est supérieure au couple maximal du moteur thermique, le moteur électrique est sollicité pour fournir, dans la mesure du possible, la quantité de couple manquante.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique illustrant l'architecture d'un véhicule automobile à motorisation hybride, de type parallèle ;
- la figure 2-est une vue similaire à celle de la fig ure 1 illustrant un véhicule hybride de type série ;
- les fig ures 3A à 3K sont des organigrammes illustrant une première stratégie de gestion d' un véhicule hybride conforme aux enseig nements de l'invention , plus particulièrement destinée à un véhicule hybride de type parallèle ; et - les fig ures 4A à 4H illustrent un organig ramme d'une stratég ie de gestion selon l'invention , plus particulièrement destinée à un véhicule de type hybride en série.
Dans un véhicule à motorisation hybride en parallèle, d u type de celle illustrée à la figure 1 , un moteur thermique 10 et un moteur électrique 12 sont tous les deux susceptibles d'entraîner d irectement les roues motrices d u véhicule.
Le moteur thermique 1 0 est généralement un moteur à combustion interne du type à pistons alternatifs ou à piston rotatif ou encore de type turbine. I l est alimenté en énerg ie sous forme chimique par un carburant liquide ou gazeux de type hyd rocarbure.
Le moteur électrique 12 est relié électriquement à une batterie d'accumulateurs 16 porté par le véhicule, éventuellement par le biais d'un convertisseur onduleur 17. Les deux moteurs 1 0 , 12 -.entraînent chacun en rotation un arbre d'entrée 18, 20 d'un organe de répartition de puissance 22 dont le ou les arbres de sortie 24 entraînent en rotation les roues motrices. L'organe de distribution de puissance 22 peut comporter par exemple une boîte de vitesses, un différentiel et on peut choisir d'interposer entre l'un au moins des moteurs et l'arbre d'entrée 1 8, 20 correspondant, un dispositif d'embrayage 25 qui permet d'accoupler ou de désaccoupler à
volonté le moteur par rapport à l'organe de distribution de puissance 22.
Le véhicule ainsi équipé peut donc être entraîné soit à l'aide d u seul moteur thermique 1 0, soit à l'aide d u seu l moteu r électrique 12, soit à l'aide des deux moteurs simultanément. Éventuellement, le moteur thermique peut voir sa puissance répartie entre d'une part l'entraînement des roues motrices 14, et d'autre part l'entraînement en rotation du moteur électrique « inversé » qui se transforme alors en une génératrice électrique susceptible de recharger la batterie d'accumu lateurs 16.
De même, le moteur électriq ue 12 peut éventuellement être utilisé pour démarrer le moteur thermiq ue 1 0.
Dans le véhicule hybride de type série q ui est illustré à la figure 2, seul le moteur électrique 12 est relié directement aux roues motrices, éventuellement par le biais d'un organe de d istribution de puissance (non représenté) . Le moteur électriq ue 12 peut être alimenté en énergie électriq ue par la batterie d'accumulateurs 16 ou par une génératrice électriq ue 26 q ui est entraînée par le moteur électriq ue 12.
Dans tous les cas, il peut être prévu des convertisseurs ond uleur 17 et red resseur 1 9 si le moteur électrique doit être alimenté en courant alternatif.
De préférence, pour assurer la gestion de l'entraînement du véhicule, .chacun des éléments principaux du véhicule est pourvu d'une unité locale de commande, chacune de ces unités locales étant à son tour commandée par une unité centrale de gestion qui permet de centraliser à la fois les informations concernant l'état de chacun des organes, des informations quant à l'état du véhicule et aussi des informations quant aux souhaits du conducteur.
L'unité centrale de gestion a notamment pour but de
commander les deux moteurs 1 0, 12 de man ière à utiliser au mieux l'énerg ie d u véhicule qui est stockée soit sous la forme électriq ue dans les batteries, soit sous la forme de carburant de type hydrocarbure. Cette gestion a aussi pour but de répondre à tout moment de la manière la plus satisfaisante possible aux souhaits du conducteur quant à l'accélération et à la décélération d u véhicule, ce souhait étant de préférence représenté par un couple moteur Cdemandé au n iveau des roues motrices. Deux tâches principales sont exécutées cycliquement par l' unité centrale de gestion , à savoir d' u ne part la décision d u démarrage ou de l' arrêt d u moteur thermiq ue 1 0 et, d'autre part, la détermination des consignes d u couple ou de la puissance q ue doivent fournir le moteur électriq ue et le moteur thermiq ue pour assurer l'entraînement d u véh icule conformément aux souhaits du cond ucteur.
Selon l'invention , ces deux tâches sont effectuées en parallèle et elles sont exécutées à des fréq uences différentes. Ainsi, la tâche consistant à déterminer les consig nes de couple à fournir par le moteur électriq ue et le moteur thermiq ue sera par exemple exécutée toutes les quarante millisecondes tandis que la tâche de décision d u démarrage ou de l'arrêt du moteur thermique sera par exemple effectué toutes les secondes. En découplant de la .sorte ces deux tâches, on parvient à obtenir une gestion de la puissance fournie par l'ensemble motopropulseur constitué par les deux moteurs 1 0, 12 qui permet de répondre de manière quasi instantanée aux sollicitations du conducteur. De plus, en rendant la décision de démarrage et d'arrêt d u moteur thermiq ue indépendante de la gestion instantanée de la puissance, on évite de multiplier ces phases d'arrêt et de démarrage qui sont à la fois des sources
de pollution accentuées et des sources d' instabilité q uant à la puissance totale fournie par les moteurs q ui peut se trad uire par des à-coups ressentis par le conducteur et les passagers d u véhicule.
La stratég ie de gestion du véhicule hybride selon l'invention sera plus particulièrement décrite ci-après selon deux modes de réalisation dont l'un est plus particulièrement adapté à un véhicule hybride de type parallèle illustré à la fig ure 1 , et dont l'autre est plus particulièrement adapté à un véhicule hybride de type série illustré à la fig ure 2.
La première de ces deux stratég ies fait appel à une série de variables q ui sont reg roupées et explicitées dans le tableau ci-dessous
Sur la figure 3A, on a illustré les deux tâches principales qui sont exécutées en parallèle l'une par rapport à l'autre, à des fréquences différentes. Bien entendu , les fréq uences de 1 hertz et de 25 hertz données ici pour d'une part la tâche 1 1 00 de décision de mise en route et d'arrêt du moteur thermiq ue, et d'autre part la tâche 1200 détermination des consignes de couple des moteurs 1 0, 12 sont des exemples non limitatifs qui permettent d'illustrer le choix selon leq uel la seconde de ces fréquences est largement supérieure à la première.
Chacune des tâches 1 1 00 et 1200 illustrées su r ces figures est décomposée en des tâches de niveau inférieur qui seront explicitées en référence aux figures 3B à 3K. L'étape 1 100 de décision de démarrage ou d'arrêt d u moteur thermique est explicitée sur la figure 3B. Tout d'abord , aux étapes 1 101 et 1 102, il est calculé deux valeurs filtrées du couple Cdemandé demandé par le conducteur. Les filtres utilisés sont par exemple des filtres du premier ordre, de type passe-bas. La première valeur Cdemandé_filtre1 correspond à une moyenne de Cdemandé sur un intervalle très court précédant l'instant du calcul et reste représentative de la
valeur instantanée Cdemandé. Au contraire, la valeur Cdemandé_filtre2 correspond à une valeur moyenne écrêtée de Cdemandé et elle est donc représentative d'une tendance à moyen terme -de la demande de couple formulée par le conducteur.
Une fois ces deux valeurs calculées, sont exécutées trois tâches de niveau inférieur au cours desquelles sont déterminées des variables booléennes intermédiaires th_roulage (tâche 1110), th_récupération (tâche 1120), th_régénération, demande_électrique et demande_thermique (tâche 1130).
Ces tâches de niveau inférieur seront explicitées par la suite.
Une fois ces valeurs déterminées, il est effectué à l'étape 1103 un test pour vérifier si le moteur thermique 10 est disponible, c'est-à-dire s'il est en état de délivrer un couple moteur. Dans l'affirmative, les variables booléennes qui viennent d'être calculées sont conservées telles que, sinon, comme on peut le voir à l'étape 1104, les valeurs booléennes th_roulage, th_régénération et th_récupération sont forcées à zéro.
La tâche 1110 de détermination de la valeur de la variable booléenne th_roulage est décrite maintenant en référence à la figure 3C. A l'étape 1111, il est tout d'abord calculé deux niveaux de s.euil Cbas et Chaut auxquels vont être comparées les valeurs filtrées du couple demandé. Ces valeurs de seuil sont notamment déterminées en fonction de l'état de charge jauge_batterie de la batterie 16.
A l'étape 1112, on vérifie tout d'abord si la valeur filtrée Cdemandé_filtre1 , représentative du couple instantané demandé par le conducteur, est supérieure au niveau de seuil supérieur Chaut. Dans l'affirmative, une variable booléenne
intermédiaire hyst_mode_couple est forcée à la valeur « hybride » à l'étape 1 1 1 3. Dans la négative, à l'étape 1 1 14 , on vérifie si les deux valeurs filtrées du couple demandé Cdemandé_filtre1 et Cdemandé_filtre2 sont inférieures simultanément au niveau inférieur de couple Cbas. Dans l'affirmative, la valeur booléenne hyst_mode_couple est forcée à l'étape 1 1 1 5 à la valeur « électrique » . Dans la négative, la variable booléenne hyst_mode_couple n'est pas mod ifiée.
A l'étape 1 1 16, on vérifie alors si la variable booléenne hyst_mode_couple est égale à la valeur « hybride » . Dans l'affirmative, la valeur booléenne th_roulage est forcée à 1 à l'étape 1 1 1 8. Dans la négative, la valeur booléen ne th_rou iage est forcée à zéro à l'étape 1 1 17.
La tâche 1 120 de détermination de la valeur de la variable booléenne th_récupération sera maintenant décrite en référence à la figure 3D . A l'étape 1 121 , il est tout d'abord vérifié si l'état de charge de la batterie 16 , représentée par la variable jauge_batterie, est inférieur à un niveau de seuil inférieur seuiljauge_bas. Dans l'affirmative, une variable booléenne hyst_mode_batterie est forcée à la valeur « hybride » à l'étape 1 122. Dans la négative, on vérifie à l'étape 1 123 si la valeur jauge_batterie est supérieure à un niveau de seuil supérieur seuiljauge_haut. Dans l'affirmative, la variable booléenne hyst_mode_batterie est forcée à la valeur « électrique » à l'étape 1 124. Dans la négative, la variable hyst_mode_batterie conserve la même valeur q u'au cours de l'exécution précédente de la tâche.
A l'étape 1 125, il est vérifié si la variable hyst_mode_batterie est égale à la valeur « hybride » . Dans l'affirmative, la valeur th_récupération est forcée à la valeur 1 à l'étape 1 127. Dans la négative, cette variable est forcée à la valeur nulle à l'étape 1 126.
La tâche 1 1 30 est décrite en référence à la figure 3E. Cette tâche a pour but de déterminer la valeu r des variables booléennes th_régénération , demande_électrique " et demande_thermiquβ. Selon un aspect de l'invention , la stratég ie de gestion de l'ensemble motopropulseur du véhicule hybride qui est ici proposée permet au conducteur de sélectionner un parmi trois modes de fonctionnement de l'ensemble motopropulseur.
Dans un mode électrique, le cond ucteur interdit l'utilisation d u moteur thermique. Les variables booléennes hyst_mode_couple et hyst_mode_batterie sont forcées à la variable « électriq ue » , la variable demande_électriq ue est forcée à la valeur « vrai » , la variable demande_thermiq ue -est forcée à la valeur « faux » et la variable th_régénération est forcée à la valeur « 0 » .
Le cond ucteu r peut aussi sélectionner u n mode de fonctionnement en régénération de l'ensemble motopropulseur. Ce mode de fonctionnement impose à l'ensemble motopropulseur la mise en route d u moteur thermique pour assurer, en plus de l'entraînement du véhicule, la recharge de la batterie 16. Les variables booléennes hyst_mode_couple et hyst_mode_batterie sont dans ce cas forcées à la valeur « hybride » . Les variables booléennes demande_électriq ue et demande_thermiq ue sont forcées à la valeur « vrai » tand is que la variable th_régénératjon est forcée à la valeur « 1 » .
Le conducteur peut aussi sélectionner un mode de fonctionnement hybride de l'ensemble motopropulseur. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur thermiq ue 10 ne sera utilisé qu'en cas de besoin , ainsi q ue cela sera vu par la suite. Dans ce mode, la variable demande_électriq ue est forcée à la valeur « vrai » . La variable demande_thermiq ue est forcée à la valeur « vrai » si l'une ou l'autre des variables
hyst_mode_batterie et hyst_mode_couple sont égales à la valeur « hybride » . Sinon , la variable demande_thermiq ue est forcée à la valeur « faux » . La variable th_régénération est forcée à la valeur « 0 » . II va maintenant être décrit, en référence aux figures 3F à 3K, la deuxième tâche principale 1200 de cette première stratégie de gestion d'un véhicule hybride , cette deuxième tâche étant exécutée à une fréquence suffisamment rapide pour pouvoir satisfaire la demande du conducteur. Cette deuxième tâche 1200, q ui consiste en la détermination des couples de consigne Ce_ref et Ct_ref du moteu r électriq ue et du moteur thermique, comporte elle-même deux tâches de niveau inférieu r 121 0 et 1220 q u i seront explicitées respectivement aux fig ures 3G à 3H et 31 à 3K. Comme on peut le voir à la figure 3G, la tâche 121 0 a pour but la détermination de couples moteur limite pour le moteur électrique et le moteur thermiq ue. A l'étape 121 1 , il est tout d'abord vérifié si le moteur thermiq ue est disponible. Dans l'affirmative, des variables de couple limite Ctmax et Ctmin d u moteu r thermique se voient attribuer respectivement les valeurs Cth_traction_max et Cth_freinage_max qui sont liées notamment au régime et à la température d u moteur utilisé. Dans la négative, les valeurs de Ctmax et Ctmin sont forcées à zéro à l'étape 1213. A l'étape 1214 , il ..est ensuite vérifié si le moteur électriq ue est disponible. Dans la négative, les variables Cemax et Cemin sont forcées à zéro à l'étape 1217.
Dans l'affirmative, la variable Cemin se voit attribuée à l'étape 121 5 la plus grande de deux valeurs parmi : - une valeur Cel_freinage_max, qui dépend notamment de la tension d'alimentation et de la température d u moteur ;
- PbatmaxR X — .
N
La valeur du couple maximum d u moteur électriq ue est déterminée à la tâche 1216 q ui est décomposée sur la fig ure 3H . En effet, il est tout d'abord testé à l'étape 1216a si la variable th_régénération est égale à 1 , c'est-à-dire si le conducteur a sélectionné le mode de fonctionnement en régénération de l'ensemble motopropulseur. Dans l'affirmative, on peut voir q ue la valeur de Cemax est forcée à zéro à l'étape 1216c, sauf si le cond ucteur, comme cela est vérifié à l'étape 1216b , effectue une manoeuvre de kickdown par laq uelle il augmente de manière importante et rapide le couple demandé. Cette manoeuvre correspond généralement à un enfoncement rapide de la pédale d'accélérateur.
Dans ce cas , ou en cas de réponse négative au test de l'étape 1216a, la valeur Cemax est fixée à l'étape 1216d à la plus petite des valeurs :
- PbatmaxD x —
N
- Cel_traction_max.
La tâche 1220 de calcul des consignes de couple Ce_ref et Ct_ref illustrée à la figure 31 comporte deux sous- tâches 1221 et 1222 qui seront décrites respectivement en regard des figures 3J et 3 K. La sous-tâche 1221 consiste en le calcul d'une valeur intermédiaire Ct_ref_int. Pour cela, il est d'abord déterminé, à l'étape 1221 a, une valeur Ct_ref1 qui est égale à la plus grande de trois valeurs :
- th_roulage x Cdemandé
- th_régénération x Ct_maximum
- th_récupération x Ct_optimal.
A l'étape 1221 c, cette variable Ct_ref1 est filtrée par un filtre d u premier ordre de type passe-bas pour donner la variable intermédiaire Ct ref int.
L'étape 1222 d'ajustement de Ce_ref et de Ct_ref sera maintenant décrite en regard de la figure 3K. A l'étape 1222a, on fixe tout d'abord la valeur de Ct_ref à la valeur Ct_ref_int déterminée plus haut. Puis, à l'étape 1222b , il est vérifié si cette valeur est supérieure à la valeur Ctmax. Dans l'affirmative, à l'étape 1222c, Ct_ref est forcée à la valeur Ctmax et Rt_sup est forcée à la valeur nulle. Dans la négative, à l'étape 1222d, la valeur de Rt_sup est fixée à la différence de Ctmax-Ct_ref. Dans les deux cas de réponse à l'étape 1222b , il est ensuite vérifié à l'étape 1222e si la valeur de Ct_ref est inférieu re à la valeur de Ctmin . Dans l'affirmative , à l'étape 1222f, Ct_ref est forcée à la valeu r Ctmin et Rt_inf est forcée à zéro. Dans la négative, Rt_inf est fixée égale à la d ifférence entre Ct_ref et Ctmin à l'étape 1222g .
Dans les deux cas de réponse à l'étape 1222e, Ct_ref est alors forcée à la valeur Cdem-Ct_ref, Re_sup est forcée à la valeur Cemax-Ce_ref et la variable Re_inf est forcée à la valeur Ce_ref-Cemin à l'étape 1222h. Ensuite à l'étape 1 222i , i l est vérifié si la valeur de
Re_sup est négative. Dans la négative, il est procédé directement au passage 1222o. Dans l'affirmative, à l'étape 1222j , la variable D_sup est fixée à la valeur Rt_sup + Re_sup, la variable Ce_ref est fixée à la valeur Cemax, la valeur Re_sup est fixée à zéro et la variable Re_inf est fixée à la valeur de la différence entre Cemax et Cemin . Alors, à l'étape 1222k, on vérifie si la valeur D__sup est négative. Dans l'affirmative, à l'étape 12221, la variable Ct_ref est fixée à la valeur Ct_max et la variable Rt_sup est fixée à zéro ; sinon , à l'étape 1222m , la variable Ct_ref est fixée à la valeur Ctmax- D_sup et la variable Rt_sup est fixée à la valeur D_sup.
Dans les deux cas de réponse à l'étape 1222k, ainsi
que dans le cas d'une réponse négative au test de l'étape 1222i, il est alors vérifié à l'étape 1222o si la variable Re_inf est négative. Dans l'affirmative, à l'étape 1222p . la variable D_inf est fixée rà la valeur Rt_inf+Re_inf, la variable Ce_ref est fixée égale à la valeur Cemin , la variable Re_sup est fixée égale à la différence de Cemax moins Cemin et la variable Re_inf est fixée à la valeur nulle.
Alors, à l'étape 1222q, il est vérifié si la variable D_inf est négative. Dans l'affirmative, à l'étape 1222s, la variable Ct_ref est fixée égale à la valeu r Ctmin et la variable Rt_inf est fixée à la valeur n ulle. Dans la négative, la variable Ct__ref est fixée égale à la valeur Ctmin + D_inf et la variable Rt_inf est fixée égale à la valeur D_inf.
Dans la négative, il est procédé d irectement à la fin de la tâche.
Comme on peut le voir de la description détaillée de cette première stratégie de gestion du véhicule hybride, lorsq ue le conducteur a sélectionné le mode de fonctionnement hybride pour l'ensemble motopropulseu r, le démarrage du moteur thermique est demandé, lors de la tâche 1 1 30, si l'une des variables hyst_mode_batterie et hyst_mode_couple est égale à la valeur « hybride » . Si ni l'une, ni l'autre ne sont à la valeur hybride, le moteur thermique est arrêté. Ainsi, on peut déduire de l'étape 121 3 que le moteur thermique peut démarrer si le cond ucteur sollicite un couple demandé à la roue suffisamment élevé pour q ue la variable Cdemandé_filtre 1 soit supérieure au niveau d u seuil haut Chaut. De même, on peut déduire des étapes 1 122 et 1 121 q ue le moteur thermiq ue est démarré lorsque le niveau de charge de la batterie devient inférieur à un niveau de seuil inférieur. Toutefois, avec cette première stratég ie, l'arrêt du
moteur thermique n'est provoqué que lorsqu'à la fois les conditions de l'étape 1114 et de l'étape 1123 sont vérifiées, c'est-à-dire lorsque la batterie atteint un état de charge supérieur à un ..niveau de seuil supérieur et lorsque, à la fois, les valeurs filtrées instantanées et moyennes du couple demandé par le conducteur sont inférieures à un niveau de seuil bas.
Ainsi, selon cette stratégie, on voit que la décision de démarrage du moteur thermique dépend notamment du niveau de charge de la batterie, du couple instantané demandé par le conducteur, et du couple moyen demandé par le conducteur.
On peut également constater que, lorsque l'ensemble motopropulseur fonctionne en mode hybride, la valeur du couple Ct_ref qui sera demandé au moteur thermique dépend des variables th_roulage et th_récupération déterminées par les tâches 1110 et 1120. Ainsi, lorsque le niveau de charge de la batterie est précédemment devenu inférieur à un niveau de seuil bas et qu'il n'a pas encore dépassé un niveau de seuil haut, il ressort de la tâche 1120 que la valeur de th_récupération est égale à 1 de sorte que la valeur intermédiaire Ct_ref1 calculée à l'étape 1221b ne peut être inférieure au couple Ct_optimal que fournit le moteur lorsqu'il est commandé dans des conditions de rendement optimales. La valeur Ct_ref du couple de consigne imposé au moteur thermique ne peut donc pas.descendre en dessous d'un niveau correspondant à ce couple optimal.
Au contraire, toujours lorsque le conducteur a sélectionné le mode de fonctionnement hybride du groupe motopropulseur, il ressort de la tâche 1110 que, lorsque la condition de l'étape 1112 a été remplie et tant que celle de l'étape 1114 ne l'a pas été, la valeur de la variable th_roulage est égale à 1 si bien que, dans ces conditions, la valeur de
Ct_ref1 calculée à l'étape 1221b ne peut être inférieure au couple demandé par le conducteur.
Par ailleurs, il ressort de la tâche 1222 que si la valeur filtrée Ct_ref_ nt du couple demandé par le conducteur dépasse le seuil Ctmax du couple susceptible d'être fourni par le moteur thermique, le moteur électrique est sollicité à l'étape 1222h pour fournir le couple manquant, ceci dans la limite des possibilités du moteur électrique et de la batterie.
Il sera maintenant décrit plus particulièrement en référence aux figures 4A à 4H une deuxième stratégie de gestion d'un véhicule hybride selon l'invention destiné plus particulièrement à être appliqué dans le cadre d'un véhicule hybride de type série. Cette deuxième stratégie fait appel à une série de variables qui sont regroupées et explicitées dans le tableau ci-dessous.
Comme on peut le voir sur la figure 4A, l' unité centrale de gestion de l'ensemble motopropulseur est chargée de l'exécution de trois tâches principales. La première 21 00 de ces tâches consiste ici dans la détermination de la consig ne de couple d u moteur électriq ue. Elle est exécutée par exem ple toutes les quarante millisecondes, c'est-à-dire à une fréq uence de 25 hertz. En parallèle, est exécutée la deuxième tâche 2200 q ui consiste en la décision de démarrage ou d'arrêt du moteur thermique. Sa période est d'une seconde et sa fréq uence de 1 hertz.
I l est par ailleurs prévu une troisième tâche principale 2300, elle aussi exécutée en parallèle, et au cours de laq uelle est déterminée la consigne de puissance de la génératrice électriq ue Pge_ref. Sa période d'exécution est par exemple de 500 millisecondes, correspondant à une fréquence de 2 hertz pour tenir compte de l'inertie de l'ensemble formée par le moteur thermiq ue et la génératrice.
La première de ces tâches principales est décrite en référence à la figure 4B . Comme on peut le voir sur cette figure, la tâche 2100 de détermination de la consigne de couple du moteur électrique Ce_ref commence par l'exécution de la sous-tâche 21 1 0 de calcul de la puissance électrique nécessaire Pel_demandé.
Cette sous-tâche est décrite en référence à la fig ure 4C . Tout d 'abord, à l'étape 21 1 1 , il est déterminé la valeur Pel de la puissance absorbée par le moteur électrique. Cette
puissance est positive lorsque le moteur assure l'entraînement du véhicu le et elle est négative lorsque, au cours d'un ralentissement d u véhicule, le moteur électrique est utilisé en tant que génératrice pour recharger la batterie 16. Cette valeur Pel est égale à la tension du réseau d'alimentation électrique multiplié par la somme des courants fournis par la batterie d'une part et par la génératrice électrique d'autre part.
A l'étape 21 12, la puissance mécanique fournie par le moteu r électriq ue Pmec est définie comme étant le prod uit d u couple de consig ne Ce_ref par la vitesse de rotation N d u moteu r électriq ue 12. A l'étape 21 1 3, la puissance mécan iq ue demandée Pmec_demandé est définie comme étant égale au couple Cdemandé par le conducteur multiplié par la vitesse N de rotation d u moteur électriq ue. A l'étape 21 14, il est déterminé si la valeur absolue de la puissance mécanique Pmec est supérieure à une valeur de seuil Pmini. Dans l'affirmative, on définit à l'étape 21 1 5 un rendement du moteur électriq ue qui est égal à la valeur absolue du rapport de la puissance électrique Pel divisée par la puissance mécaniq ue Pmec. Dans la négative, la valeur de ce rendement est fixée arbitrairement à 1 à l'étape 21 16.
A l'étape 21 17, il est déterminé une valeur filtrée R_filtre de ce rendement, par exemple à l'aide d'un filtre du premier ordre. A l'étape 21 18, la. puissance électrique demandée
Pel_demandé est déterminée comme étant le produit de la valeur filtrée d u rendement par la puissance mécanique demandée.
L'exécution de la tâche 21 00 de détermination de la consig ne de couple du moteur électrique se poursuit alors à l'étape 21 01 au cours de laquelle on vérifie si la valeur absolue de la puissance électriq ue demandée est supérieure à
un niveau de seuil Pmini . Dans la négative, le couple de consigne Ce_ref est fixé égal au couple demandé par le cond ucteur. Dans l'affirmative, il est d 'abord déterminé la puissance Pge iournie par la génératrice. Si celle-ci débite un courant Ige, cette puissance vaut U fois Ige.
A l'étape 2103, il est calculé la puissance de traction que doit fournir la batterie 16. Cette valeur Pbat_demandé est égale à la puissance électrique nécessaire pour fournir le couple demandé moins la puissance fournie par la génératrice. A l'étape 2104, on détermine la puissance susceptible d'être fournie par la batterie comme étant la valeu r minimale entre les deux valeurs suivantes :
- la puissance maximale de décharge de la batterie (PbatmaxD) et - la valeur minimale entre
* la puissance demandée à la batterie (Pbat_demandé) ;
* la puissance maximale de recharge de la batterie (PbatmaxR). A l'étape 21 05 , il est alors déterminé la puissance électriq ue q ue peut fournir le système, cette valeur étant la plus petite des deux valeurs suivantes : la puissance maximale du moteur thermiq ue
Pmoteur_max ; et - la somme de la puissance susceptible d'être fournie par la batterie (Pbat_possible) avec la puissance fournie par la génératrice Pge.
Alors à l'étape 2106 , le couple de référence Ce_ref est déterminé comme étant le produit du couple demandé par le cond ucteur par le rapport de la puissance électriq ue que peut fournir le système divisée par la puissance électriq ue demandée.
La deuxième tâche principale 2200 de cette seconde stratégie de gestion d'un véhicu le hybride consiste en la décision de démarrage ou d 'arrêt d u moteur thermiq ue. Comme on peut le voir à la. figure 4C , cette tâche 2200 commence par l'exécution de la tâche 231 0 de calcul de la puissance de recharge de la batterie qui est illustrée à la figure 4G. Comme on peut le voir sur cette figure, il est donc déterminé, aux étapes 2312, 231 3, 2314 un état de charge de référence Soc_ref en fonction d u mode de fonctionnement sélectionné par le cond ucteur d u véhicule. A l'étape 231 5 , il est déterminé une valeur d'écart entre cet état de charge de référence Soc_ref et l'état de charge réel . A l'étape 231 6, la puissance batterie demandée est définie comme étant une valeur filtrée de cet écart, par exemple par un filtre d u premier ordre. Toutefois, à l'étape 231 7, il est vérifié q ue cette valeur calcu lée de la puissance de recharge de la batterie n'excède pas les puissances limites de charge et de décharge de la batterie, auquel cas la puissance de recharge de la batterie est forcée à l' une de ces valeurs limites. La tâche de décision de démarrage ou d 'arrêt d u moteur thermiq ue se pou rsu it alors à l'étape 2201 d a ns laq uel le est déterminée la puissance électrique Pel de la même manière q ue vu plus haut à l'étape 21 1 1 . Cette puissance électrique est filtrée par un filtre du premier ordre pour obtenir à l'étape 2202 la variable Pel_filtreB .
Il est ensuite procédé à un calcul de l'écart entre le couple demandé par le conducteur et le couple effectivement appliqué aux roues motrices par le moteur électriq ue. Ce calcul de la valeur écart_prestation fait l'objet de la tâche 221 0 illustrée à la figure 4E dans laq uelle on peut voir q ue cette valeur est obtenue par le filtrage au travers d'un filtre de premier ordre de la différence entre le couple demandé par le
conducteur Cdemandé et le couple fourni par le moteur électrique Ce_ref.
La tâche de décision du démarrage ou de l'arrêt d u moteur thermique se pou rsuit à l'étape 2203 en déterminant la valeur de la puissance demandée à la génératrice électrique Pge_demB. Cette valeur est égale à une somme pondérée des valeurs précédemment calculées Pbat_demandé, Pel_filtreB et Ecart_prestation. À l'étape 2204, il est vérifié si cette valeur Pge_demB est supérieure à une valeur de seuil Pge_mini et si, en même temps, le mode de fonctionnement sélectionné par le cond ucteur est différent du moteur électriq ue. Si cette d ouble condition est vérifiée, alors la variable booléenne GE_demandé est forcée à la valeur « vrai » et le moteur thermique est alors démarré pour fournir du courant électriq ue. Au contraire, si la double condition de l'étape 2204 n'est pas remplie, la variable G E_demandé est forcée à la valeur « faux » à l'étape 2206 si bien q ue le moteur thermique est commandé à l'arrêt.
Lorsque le moteu r thermique est démarré, il est alors possible de le commander pour qu'il entraîne la génératrice électrique de telle manière que celle-ci produise une puissance suffisante. A cet effet, il est calculé à la tâche 2300 une valeur de consigne de la puissance de la génératrice électrique Pge_ref. Cette tâche, illustrée à la fig ure 4F, commence par l'exécution de la tâche de^ niveau inférieur 231 0 q ui a été décrite précédemment et qui consiste en le calcu l de la puissance de recharge de la batterie. Ensuite, à l'étape 2301 , il est calculé la puissance électrique Pel absorbée par le moteur électrique de la même manière que cela a été vu aux étapes 2201 et 21 1 1 . Cette valeur est alors filtrée à l'étape 2302, par exemple par un filtre du premier ordre, pour donner une valeur intermédiaire Pel_filtreA. A l'étape 2303 , il est
déterminé la somme pondérée Pge_demA de la puissance de recharge de la batterie Pbat_demandé avec la valeur Pel_filtreA calculée à l'étape 2302. A l'étape 2304, la puissance de cp.nsigne de la génératrice électriq ue Pge_ref est définie comme étant la plus petite de la valeur Pge_demA, calculée à l'étape 2303, et de la puissance maximale susceptible d'être fournie par la génératrice Pge_max.
Comme on peut le voir des étapes 2203 , 2204, 2205 et 2206 , la décision d'un démarrage d u moteu r thermique dépend notamment des trois paramètres suivants :
- l'état de charge de la batterie, car la valeur Pbat_demandé est calculée notamment en fonction de l'écart entre l'état de charge réel de la batterie et u n état de charge de référence (voir étapes 231 5, 2316 , 2317) ; - le couple moteur demandé, car la valeur
Ecart_prestation dépend bien entendu de ce couple demandé (voir étapes 221 1 et 2212) ; et
- l'écart entre la prestation fournie par le système et celle demandée par le conducteur.