WO2001025046A1 - Systeme de commande en couple d'une motorisation hybride parallele - Google Patents

Systeme de commande en couple d'une motorisation hybride parallele Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a torque control system for a parallel hybrid motorization for a motor vehicle.
  • It relates, more particularly, to a torque control system of the thermal and electric motors constituting the parallel hybrid motorization and in particular of a terno-starter motor.
  • Parallel hybrids are powertrains in which a heat engine, an electric machine powered by a storage battery and a mechanical transmission are coupled by means of a device making it possible to link them in rotation with one another.
  • the electric machine being capable of operating either as a motor or as a current generator.
  • This type of motorization has the advantage of being able to use both types of thermal and electric propulsion alternately or simultaneously. The transition from one operating configuration to another is ensured by control means which provide all the control and power management functions.
  • the al terno-starter is a particular parallel hybrid, which includes an electric motor managed electronically, interposed between the engine and the gearbox replacing the starter, the alternator and the traditional flywheel.
  • This type of hybrid also includes two batteries, a service battery dedicated to supplying the on-board network, especially during taxiing, and a power battery. mainly dedicated to the supply of energy for the electric machine.
  • the invention aims to remedy this drawback, and in particular to provide a torque control system for a vehicle equipped with a powertrain of the type mentioned above which has a scalable architecture.
  • the invention has for ob and a torque control system of a parallel hybrid powertrain for a motor vehicle, in which the hybrid powertrain comprises an electric machine and a thermal machine linked together in rotation to a chain of mechanical traction adapted to allow the two machines to supply alternatively or simultaneously motive power to the wheels of the vehicle, characterized in that it comprises: means for determining the state of the vehicle; means for managing the operating modes of the hybrid powertrain suitable for receiving as input part of the Boolean information or not from the state determination means of the vehicle ; means for assisting the dynamic performance of the vehicle, adapted to receive as input the other part of Boolean information or not from the means for determining the state of the vehicle; means for managing the electric power available for the vehicle; means for determining the state of the powertrain; means for permanently determining the total engine torque (Cm) to be supplied to the wheels of the vehicle adapted to receive as input Boolean or non-Boolean information from the management and assistance means and that from the means for determining the state of the powertrain
  • the system comprises a man / machine interface adapted to receive as input the Boolean information coming from the means for determining the state of the powertrain and to provide in output in particular visual information to the driver in order to allow him to choose an operating mode for the powertrain.
  • the system comprises means for cooling the powertrain, such as a fan, adapted to receive at input at least part of the Boolean information or not from the means for determining the state of the powertrain.
  • the electric machine consists of an alternator and a starter.
  • the essential advantage of such a system is that it presents a scalable architecture. Indeed, it is easily possible to modify any means in accordance with the invention independently of each other, in the event of a change of the electric machine of the powertrain or of at least one battery, in the event of a change of the thermal machine of the powertrain and / or the desired hybridization rate (Cth / Ce) or in the event of a change in the conditions desired by the driver to restart the powertrain when stopped.
  • Such a system also advantageously makes it possible to present a modular architecture. Indeed, it is possible to install it on a vehicle equipped with a powertrain only equipped with a thermal machine.
  • Each of the two electric 1 and thermal 2 machines are linked respectively to a torque control system 5, according to the present invention, in order to regulate the torque of each of them according to the life situations of the motor vehicle.
  • the torque control system of the electric 1 and thermal 2 machines consists mainly of a torque management block 6 linked to the starting and stopping of the engine or thermal machine 2, a block for managing the autonomy of electrical energy 7, a block for determining the life situation of the vehicle 8, a block for determining the life situation of the assembly formed by the 'organ al terno-starter and its central control or supervisor 9, and a torque determination block 10 receiving as input the information from the different other blocks in order to respectively control the torque Ce of the electric machine 1 and the torque Ct of the thermal machine 2.
  • system 5 may also include a man / machine interface 11 which is connected to the central supervisor of the vehicle, not shown, in order to warn the driver and the other organs of the vehicle about the state of the system al terno- and allow the driver to choose the operating mode of the terno-starter system, a torque management block 12 linked to assistance with dynamic services, and a cooling management block 13 receiving as input the temperature information T of the electric machine and water from the heat engine .
  • a man / machine interface 11 which is connected to the central supervisor of the vehicle, not shown, in order to warn the driver and the other organs of the vehicle about the state of the system al terno- and allow the driver to choose the operating mode of the terno-starter system
  • torque management block 12 linked to assistance with dynamic services
  • a cooling management block 13 receiving as input the temperature information T of the electric machine and water from the heat engine .
  • the torque management block 6 linked to the starting and stopping of the engine analyzes the state information of the thermal engine control to develop the state of the powertrain on the one hand, the final conditions of an authorization to perform a stop or request a start on the other hand, from the information transmitted in particular by the unit for determining the life situation of the vehicle
  • This block coordinates the calculation of the torque setpoints to be carried out by the electric machine 1 and the commands to control the heat engine 2 in order to start or stop the engine.
  • the electric torque to be applied to the shaft to ensure the starting or stopping of the heat engine is calculated by a speed control on the idle setpoint.
  • This block also determines the thermal conditions, namely cold start, for the engine which contributes to the evaluation of the electrical power required.
  • the block for managing the autonomy of the electrical energy 7 which calculates the available electrical power implements the coherent actions, inter alia the control of the converters or the choice of starting by the conventional starter, so as to deliver the energy necessary to start.
  • This energy management block 7 is intended to transmit mainly to the torque determination block 10 driving the electric machine 1 and the thermal machine 2, six pieces of information respectively for estimating the generation torque desirable for optimizing the electric energy of the vehicle, the maximum achievable power in traction, estimation of the maximum admissible power in generation, authorization to stop or request a start of the engine, and the state and type of load, depending information mainly coming mainly from the power battery supplying the electric machine and incidentally, as additional energy, service batteries supplying the low voltage network.
  • the block for determining the life situation of the vehicle 8 synthesizes the information from the vehicle sensors on the one hand (driver presence sensor, neutral sensor ...) and dialogue with other bodies on the other hand , including the driver's wishes by synthesizing in particular the position of the clutch pedal, accelerator, vehicle speed, and the gear engaged to determine the authorization of a possible shutdown of the engine to the powertrain operating mode management function 6, or the identification of a case of activation of transient compensation of the thermal engine intended for the torque management function for assistance with dynamic services, such as assistance in operation. All this information, torque instructions, in generation or in engine, coming from the allocation or torque request management blocks 6, 7 and 12 for an identified organ or function defined above and states or alerts of these same functions are transmitted to the torque determination block 10.
  • the life situation determination block of the power starter system 9 transmits to the torque determination block 10, the information concerning its life situation allowing it develop the final torque setpoint distributed between the heat engine on the one hand and the electric machine on the other hand, allocating, depending on the case of life, priority to the functions of powertrain management 6, to electric autonomy 7, or dynamic services 12.
  • a man / machine interface can advantageously be integrated into the system according to the invention in order to constantly inform the driver and ' the other parts of the vehicle about life situations of the alternator-starter system and to acquire the driver's operating choices .
  • a torque management block 12 linked to assistance for dynamic services can be integrated into the system in order to calculate the torque setpoints for compensation of transients of the heat engine, regenerative braking and anti-stalling. , using in particular the information from the block for determining the life situation of the vehicle 8, as well as the torque and the speed produced by the heat engine.
  • the couple to be applied to avoid stalling the engine is the result of a calculation of the engine speed control on the idle setpoint.
  • the torque to be applied in particular in the case of a down-sizing thermal engine, is calculated by slaving the sum of the couples of the two thermal and electric machines to the torque setpoint of the driver.
  • a cooling block 13 ensures the start-up of a fan as a function of the temperature criteria of the heat engine and of the service and power batteries.
  • any block can be modified, with fixed interfaces, independently of the others in the event of a change of the electric machine, of the heat engine and possibly of the vehicle stop or request to start conditions.

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Abstract

L'invention concerne un système de commande en couple d'un groupe motopropulseur hybride parallèle pour véhicule automobile. Selon l'invention, le système comprend: des moyens (8) pour déterminer l'état du véhicule; des moyens (6) pour gérer les modes de fonctionnement du groupe motopropulseur hybride adaptés pour recevoir en entrée une partie des informations booléennes ou non issues des moyens (8) de détermination de l'état du véhicule; des moyens (12) pour assister les prestations dynamiques du véhicule adaptés pour recevoir en entrée l'autre partie des informations booléennes ou non issues des moyens (8) de détermination de l'état du véhicule; des moyens (7) pour gérer la puissance électrique disponible pour le véhicule; des moyens (9) pour déterminer l'état du groupe motopropulseur; des moyens (10) pour déterminer en permanence le couple moteur total (Cm) à fournir aux roues du véhicule adaptés pour recevoir en entrée les informations booléennes ou non issues des moyens de gestion et d'assistance (6, 7, 12) et celles issues des moyens (9) de détermination de l'état du groupe motopropulseur, en donnant priorité à celles issues des moyens de gestion et d'assistance (6, 7, 12), afin de commander respectivement le couple (Ce) de la machine électrique (1) et le couple (Ct) de la machine thermique (2) selon le rapport (Ce)/(Ct) désiré.

Description

Système de commande en couple d'une moto isation- hybride parallèle
La présente invention concerne un système de commande en couple d'une motorisation hybride parallèle pour véhicule automobile.
Elle se rapporte, plus particulièrement, à un système de commande en couple des moteurs thermique et électrique constituant la motorisation hybride parallèle et en particulier d'un al terno-démarreur .
Quelques définitions sont rappelées ci- après. Les hybrides parallèles sont des groupes motopropul seurs dans lesquels un moteur thermique, une machine électrique alimentée par une batterie d'accumulateurs et une transmission mécanique sont couplés par l'intermédiaire d'un dispositif permettant de les lier en rotation les uns aux autres. La machine électrique étant susceptible de fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur de courant. Ce type de motorisation présente l'avantage de pouvoir utiliser les deux types de propulsion thermique et électrique alternati ement ou simultanément. Le passage d'une configuration de fonctionnement à une autre est assuré par des moyens de commande qui assurent toutes les fonctions de commande et de gestion de puissance.
L ' al terno-démarreur est un hybride parallèle particulier, qui comprend un moteur électrique géré électroniquement, intercalé entre le moteur et la boîte de vitesses remplaçant le démarreur, l'alternateur et le volant moteur traditionnel. Ce type d'hybride comporte en outre deux batteries, une batterie de servitude dédiée à l'alimentation du réseau de bord notamment en phase de roulage et une batterie de puissance dédiée principalement à la fourniture d'énergie pour la machine électrique.
Il s'avère que dans un tel type de groupe motopropulseur, de nombreux paramètres peuvent influencer sur la demande en couple des moteurs électrique et thermique. Ces différents paramètres sont évolutifs avec les avances technologiques ou les contraintes réglementaires de sorte qu'il est nécessaire de revoir complètement le système de commande en couple lorsque celles-ci arrivent.
L' invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et notamment de proposer un système de commande en couple d'un véhicule équipé d'un groupe motopropulseur du type mentionné ci-dessus qui présente une architecture évolutive.
A cet effet, l'invention a pour ob et un système de commande en couple d'un groupe motopropulseur hybride parallèle pour véhicule automobile, dans lequel le groupe motopropulseur hybride comprend une machine électrique et une machine thermique liées ensemble en rotation a une chaîne de traction mécanique adaptée pour permettre aux deux machines de fournir alternativement ou simultanément une puissance motrice aux roues du véhicule, caractérise en ce qu' 11 comprend : des moyens pour déterminer l'état du véhicule; des moyens pour gérer les modes de fonctionnement du groupe motopropulseur hybride adaptes pour recevoir en entrée une partie des informations booléennes ou non issues des moyens de détermination de l'état du véhicule ; des moyens pour assister les prestations dynamiques du véhicule, adaptés pour recevoir en entrée l'autre partie des informations booléennes ou non issues des moyens de détermination de l'état du véhicule; des moyens pour gérer la puissance électrique disponible pour le véhicule; des moyens pour déterminer l'état du groupe motopropulseur; des moyens pour déterminer en permanence le couple moteur total (Cm) à fournir aux roues du véhicule adaptés pour recevoir en entrée les informations booléennes ou non issues des moyens de gestion et d'assistance et celles issues des moyens de détermination de l'état du groupe motopropulseur, en donnant priorité à celles issues des moyens de gestion et d'assistance, afin de commander respectivement le couple (Ce) de la machine électrique et le couple (Ct) de la machine thermique selon le rapport (Ce)/ (Ct) désiré.
Par « puissance motrice », il faut comprendre dans le cadre de l'invention le produit du couple moteur par le régime moteur fourni alternativement ou simultanément par la machine thermique et électrique.
De même par « des moyens de détermination de l'état du véhicule » , il faut comprendre des moyens permettant d'analyser les informations booléennes ou non fournies par les capteurs implantés sur le véhicule. Par exemple, les informations fournies seront la vitesse du véhicule, le régime du moteur thermique, le rapport de vitesses engagé. Par « moyens d'assistance aux prestations dynamiques », il faut comprendre des moyens de calcul permettant d'améliorer l'utilisation du frein moteur (groupe motopropulseur), d'amélirorer 1 ' anti-calage , la compensation dynamique de montée en couple du moteur thermique .
Par « moyens pour gérer les modes de fonctionnement du groupe motopropulseur », il faut comprendre des moyens permettant de mettre ou non en fonctionnement la machine thermique et/ou électrique et d'élaborer le couple (Cm) à transmettre aux roues du véhicule lors d'un redémarrage du véhicule en circulation, communément appelé « stop and start ».
Avantageusement, le système selon l'invention comporte une interface homme/machine adaptée pour recevoir en entrée les informations booléennes issues des moyens de détermination de l'état du groupe motopropulseur et pour fournir en sortie notamment des informations visuelles au conducteur afin de lui permettre de choisir un mode de fonctionnement du groupe motopropulseur . Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le système comporte des moyens pour refroidir le groupe motopropulseur, tel qu'un ventilateur, adaptés pour recevoir en entrée au moins une partie des informations booléennes ou non issues des moyens de détermination de l'état du groupe motopropulseur.
De préférence, la machine électrique est constituée d'un alternateur et d'un démarreur.
Un tel système a pour avantage essentiel de présenter une architecture évolutive. En effet, il est possible aisément de modifier n'importe quels moyens conformes à l'invention indépendamment les uns des autres, en cas de changement de la machine électrique du groupe motopropulseur ou d'au moins une batterie, en cas de changement de la machine thermique du groupe motopropulseur et/ou du taux d'hybridation désiré (Cth/Ce) ou bien en cas de changement des conditions souhaitées par le conducteur pour rédémarrer le groupe motopropulseur à l'arrêt.
Un tel système permet également avantageusement de présenter une architecture modulaire. En effet, il est possible de l'implanter sur un véhicule équipé d'un groupe motopropulseur uniquement équipé d'une machine thermique .
Enfin, il permet d'obtenir une grande économie d'énergie car il autorise un sous- dimensionnement du moteur thermique et/ou un allongement des rapports de pont appelés « down- sizmg » en gardant voire en améliorant les prestations dynamiques d'un moteur de puissance supérieure ou d'une chaîne de traction clas s î que .
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement a la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente un schéma synoptique illustrant un exemple de réalisation d'un système de commande en couple d'un al t erno-démarreur selon la présente invention. On peut reconnaître sur cette figure unique, une machine électrique 1 et une machine thermique 2, toutes les deux liées en rotation à une chaîne de traction mécanique 3 qui permet aux deux machines de fournir sélectivement une puissance motrice aux roues 4 du véhicule.
Chacune des deux machines électrique 1 et thermique 2 sont liées respectivement à un système de commande en couple 5, selon la présente invention, afin de réguler le couple de chacune d'elles en fonction des situations de vie du véhicule automobile.
Avantageusement, le système de commande en couple des machines électrique 1 et thermique 2, selon l'invention, est constitue, principalement, d'un bloc de gestion 6 de couple lié au démarrage et à l'arrêt du moteur ou machine thermique 2, d'un bloc de gestion de l'autonomie de l'énergie électrique 7, d'un bloc de détermination de la situation de vie du véhicule 8, d'un bloc de détermination de la situation de vie de l'ensemble formé par l'organe al terno-demar r eur et de son contrôle central ou superviseur 9, et d'un bloc de détermination de couple 10 recevant en entrée les informations des différents autres blocs afin de commander respectivement le couple Ce de la machine électrique 1 et le couple Ct de la machine thermique 2.
Par ailleurs, le système 5 peut comporter, également, une interface homme/machine 11 qui est reliée au superviseur central du véhicule, non représente, afin d'avertir le conducteur et les autres organes du véhicule sur l'état du système al terno-demarreur , et de permettre au conducteur de choisir le mode de fonctionnement du système al terno-démarreur , un bloc de gestion de couple 12 lié à l'assistance aux prestations dynamiques, et un bloc de gestion du refroidissement 13 recevant en entrée les informations de températures T de la machine électrique et d'eau du moteur thermique.
On va décrire successivement la fonction de chacun des blocs constituant le système de commande en couple selon l'invention.
Le bloc de gestion 6 de couple lié au démarrage et à l'arrêt du moteur analyse les informations d'état du contrôle moteur thermique pour élaborer l'état du groupe motopropulseur d'une part, les conditions finales d'une autorisation d'effectuer un arrêt ou de demander un démarrage d'autre part, à partir des informations transmises notamment par le bloc de détermination de la situation de vie du véhicule
8. Ce bloc coordonne le calcul des consignes de couple à réaliser par la machine électrique 1 et les commandes au contrôle du moteur thermique 2 pour réaliser un démarrage ou un arrêt moteur. Le couple électrique à appliquer sur l'arbre pour assurer le démarrage ou l'arrêt du moteur thermique est calculé par un asservissement du régime sur la consigne de ralenti. Ce bloc détermine également les conditions thermiques, à savoir démarrage à froid, pour le moteur qui contribue à l'évaluation de la puissance électrique nécessaire. Le bloc de gestion de l'autonomie de l'énergie électrique 7 qui calcule la puissance électrique disponible met en oeuvre les actions cohérentes, entre autres le pilotage des convertisseurs ou le choix de démarrage par le démarreur classique, de manière à délivrer l'énergie nécessaire au démarrage. Ce bloc de gestion 7 de l'énergie est destiné à transmettre principalement au bloc de détermination du couple 10 pilotant la machine électrique 1 et la machine thermique 2, six informations respectivement d'estimation du couple de génération souhaitable pour optimiser l'énergie électrique du véhicule, de la puissance maximale réalisable en traction, d'estimation de la puissance maximale admissible en génération, d'autorisation d'effectuer un arrêt ou de demander un démarrage du moteur thermique, et l'état et de type de charge, en fonction d'informations issues en majeure partie principalement la batterie de puissance alimentant la machine électrique et accessoirement , comme complément d'énergie, des batteries de servitude alimentant le réseau basse tension.
Le bloc de détermination de la situation de vie du véhicule 8 synthétise les informations issues des capteurs véhicule d'une part (capteur de présence du conducteur, capteur de point mort...) et du dialogue avec d'autres organes d'autre part, y compris les volontés du conducteur en synthétisant notamment la position de la pédale d'embrayage, d'accélérateur, de vitesse du véhicule, et du rapport engagé afin de déterminer l'autorisation d'une coupure éventuelle du moteur thermique à destination de la fonction de gestion des modes de fonctionnement du groupe motopropulseur 6, ou l'identification d'un cas d'activation de compensation des transitoires du moteur thermique à destination de la fonction de gestion de couple d'assistance aux prestations dynamiques, comme l'aide en manœuvre. Toutes ces informations, consignes de couple, en génération ou en moteur, issues des blocs de gestion d'allocation ou de demande de couple 6, 7 et 12 pour un organe ou une fonction identifiée définis ci-dessus et états ou alertes de ces mêmes fonctions sont transmises au bloc de détermination du couple 10. D'autre part, le bloc de détermination de situation de vie du système al t erno-demarreur 9 transmet au bloc de détermination du couple 10, les informations concernant sa situation de vie lui permettant d'élaborer la consigne finale de couple répartie entre le moteur thermique d'une part et la machine électrique d'autre part, allouant, selon le cas de vie, la priorité aux fonctions de gestion du groupe motopropulseur 6, à l'autonomie électrique 7, ou aux prestations dynamiques 12.
Une interface homme/machine peut avantageusement être intégrée au système selon l'invention afin d'informer en permanence le conducteur et 'les autres organes du véhicule sur des situations de vie du système alterno- demarreur et d'acquérir les choix de fonctionnement du conducteur.
De même, de manière avantageuse, un bloc de gestion de couple 12 lie a l'assistance aux prestations dynamiques, peut être intègre au système afin de calculer les consignes de couples de compensation des transitoires du moteur thermique, de freinage recuperatif et d' anticalage , en utilisant notamment les informations du bloc de détermination de la situation de vie du véhicule 8, ainsi que le couple et le régime réalise par le moteur thermique. Selon cette variante, le couple électrique à appliquer pour éviter le calage moteur est issu d'un calcul d'asservissement du régime moteur sur la consigne de ralenti. Le couple à appliquer, notamment dans le cas d'un down-sizing moteur thermique, est , quant à lui, calculé par un asservissement de la somme des couples des deux machines _ thermique et électrique à la consigne de couple du conducteur .
Avantageusement, un bloc de refroidissement 13 assure la mise en route d'un ventilateur en fonction des critères de température du moteur thermique et des batteries de servitude et de puissance .
On conçoit alors qu'un tel système soit évolutif car une fonction de demande de couple (de traction ou de génération) peut facilement être ajoutée. De même, n'importe quel bloc peut être modifié, à interfaces figées, indépendamment des autres en cas de changement de la machine électrique, du moteur thermique et éventuellement des conditions véhicule d'arrêt ou de demande de démarrage.
De plus, l'organisation du système décrit ci- dessus permet de s'adapter quel que soit le nombre de batteries de puissance.
Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation d'un tel système peuvent être envisagés.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Système de commande en couple d'un groupe motopropulseur hybride parallèle pour véhicule automobile, dans lequel le groupe motopropulseur hybride comprend une machine électrique (1) et une machine thermique (2) liées ensemble en rotation à une chaîne de traction mécanique (3) adaptée pour permettre aux deux machines de fournir alternativement ou simultanément une puissance motrice aux roues (4) du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (8) pour déterminer l'état du véhicule ; des moyens (6) pour gérer les modes de fonctionnement du groupe motopropulseur hybride adaptés pour recevoir en entrée une partie des informations booléennes ou non issues des moyens (8) de détermination de l'état du véhicule ; des moyens (12) pour assister les prestations dynamiques du véhicule adaptés pour recevoir en entrée l'autre partie des informations booléennes ou non issues des moyens (8) de détermination de l'état du véhicule; des moyens (7) pour gérer la puissance électrique disponible pour le véhicule; des moyens (9) pour déterminer l'état du groupe motopropulseur; des moyens (10) pour déterminer en permanence le couple moteur total (Cm) à fournir aux roues du véhicule adaptés pour recevoir en entrée les informations booléennes ou non issues des moyens de gestion et d'assistance (6, 7, 12) et celles issues des moyens (9) de détermination de l'état du groupe motopropulseur, en donnant priorité à celles issues des moyens de gestion et d'assistance (6,7,12), afin de commander respectivement le couple (Ce) de la machine électrique (1) et le couple (Ct) de la machine thermique (2) selon le rapport (Ce)/ (Ct) désiré.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une interface homme/machine (11) adaptée pour recevoir en entrée les informations booléennes ou non issues des" moyens (9) de détermination de l'état du groupe motopropulseur et pour fournir notamment en sortie des informations visuelles au conducteur afin de lui permettre de choisir un mode de fonctionnement du groupe motopropulseur.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13) pour refroidir le groupe motopropulseur (1,2), tel qu'un ventilateur, adaptés pour recevoir en entrée au moins une partie des informations booléennes issues des moyens (9) de détermination de l'état du groupe motopropulseur.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (2) est constituée d'un alternateur et d'un démarreur.
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