WO2019012193A1 - Procede de démarrage d'un véhicule hybride avec une puissance de batterie augmentée - Google Patents

Procede de démarrage d'un véhicule hybride avec une puissance de batterie augmentée Download PDF

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WO2019012193A1
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battery
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Emmanuel COZ
Yohan MILHAU
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Psa Automobiles Sa
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Definitions

  • the present invention relates to a method of starting a hybrid vehicle at a stop or below a speed threshold, equipped with a heat engine and an electric traction machine, and a vehicle hybrid comprising means implementing such a starting method.
  • a type of hybrid vehicle using electrical energy comprises a first engine equipped with a heat engine, and a second engine comprising an electric traction machine powered by energy storage devices, which is connected to the driving wheels without passing through a coupling clutch of the engine.
  • the storage of electrical energy hereinafter called battery, can use all types of technologies, including electrochemical cells for energy storage, or electrical capabilities.
  • the heat engine is connected to the driving wheels by a transmission having several gear ratios, comprising an input clutch of this transmission, including a clutch working dry.
  • a transmission having several gear ratios, comprising an input clutch of this transmission, including a clutch working dry.
  • the clutch When starting the vehicle on the first gear, the clutch has a slip to match the speed of the vehicle to that of the engine through this first report.
  • the sliding of the clutch transmitting a torque generates a thermal heating power which in a short time is little dissipated to the outside, and raises the temperature of the clutch mechanism.
  • the clutch can rise significantly in temperature, particularly after a series of starts in hill, or with a very loaded vehicle. In this case the torque transmission capacity by the clutch decreases, which increases its sliding as well as its temperature. It is possible to obtain situations in which the engine can no longer start the vehicle at a standstill.
  • the torque delivered by the electrical machine directly connected to the engine can not help for the takeoff of the vehicle from the stop when the capacity of the clutch is limited in torque.
  • certain hybrid vehicles comprise an electric machine connected to drive wheels without going through the clutch, which may in particular be linked to the transmission of the heat engine.
  • the power authorized by an energy management system that can be delivered by the traction battery depends on its state of charge, called "SOC" (abbreviation of the English terms “ State Of Charge ").
  • SOC state of charge
  • the authorized power also decreases, and the energy management laws privilege the engine to achieve traction of the vehicle.
  • [001 1] In the case of a torque capacity of the greatly reduced clutch, there is then a torque contribution of the electric machine low or zero because of the state of charge of the traction battery, which can cause problems of impossibility of starting with the engine not transmitting enough torque by the clutch. The vehicle remains immobilized, which represents a serious problem perceived by the customer as a powertrain failure.
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art.
  • a starting method of a hybrid motor vehicle comprising a heat engine transmitting torque by a clutch to drive wheels, an electric traction machine powered by a traction battery delivering torque to said drive wheels without going through the clutch to transmit this torque, the starting method using a method of calculating the maximum authorized power delivered by the battery according to a state of charge of said battery, and using a method of evaluating a maximum value of torque transmissible by the clutch, this method being remarkable in that for a starting of the vehicle requiring a sliding of the clutch, in the case of detection of a torque transmissible by the clutch less than a torque necessary to start the vehicle, and a maximum authorized power of the battery lower than its power maximum possible, the method allows a delivery by the battery of a power greater than the maximum power allowed to power the electrical machine that participates in starting the vehicle.
  • An advantage of this starting method is that the electrical machine can exceptionally deliver a high torque level from the maximum power that the battery can deliver, despite the usual laws of limitation of this power delivered by the battery to because of its
  • the starting method according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other.
  • the method of evaluating the torque transmissible by the clutch uses a measurement or an estimate of the temperature of this clutch.
  • the method of evaluating the torque transmissible by the clutch uses a monitoring of the vehicle dynamics in previous uses of this clutch.
  • the starting method uses a speed threshold dependent on different operating parameters of the vehicle, to determine below this threshold the slip state of the clutch when starting the vehicle.
  • the starting method allows a power delivered by the battery that can reach the maximum power possible.
  • the invention also relates to a hybrid motor vehicle comprising a heat engine transmitting torque to a transmission by a clutch, and a electric traction machine powered by a battery delivering its torque on drive wheels without passing through the clutch to transmit this torque, this vehicle being remarkable in that it comprises means implementing a starting method comprising any one previous characteristics.
  • the electric machine can be connected to a primary shaft of the transmission driven by the clutch.
  • FIG. 1 is a diagram of a hybrid vehicle implementing a starting method according to the invention.
  • FIG. 2 is a graph showing, as a function of battery charge, powers that can be delivered by this battery.
  • Figure 1 shows a hybrid vehicle having a heat engine 2 driving by a clutch 4 automatically controlled, a transmission 6 having different speed ratios, connected to the front wheels 8 of this vehicle.
  • the input shaft of the transmission 6 receiving the movement of the clutch 4 comprises an electric traction machine 10 powered by a traction battery 12.
  • the electric machine 10 can deliver a torque on the driving wheels 8 without passing through the clutch 4 to transmit its torque, using the different gear ratios proposed by the transmission 6.
  • a powertrain calculator connected to a supervisor monitoring the vehicle, controls the operation of this powertrain to meet the demands of the driver while optimizing energy consumption and emissions of gaseous pollutants.
  • the hybrid vehicle can run only with the heat engine 2, the clutch 4 being closed to drive the transmission 6, the electric machine 10 not delivering torque.
  • the clutch 4 When running in electric mode with the electric machine only 10, the clutch 4 is open and the engine 2 is stopped.
  • the electric machine 10 delivers a motor torque to the driving wheels 8 by taking energy from the traction battery 12, or during braking the vehicle works as a generator by producing a charging current of this battery.
  • the vehicle comprises a method of evaluating the torque transmissible by the clutch 4, which can be based in particular on a measurement or an estimate of the temperature of this clutch, or on a monitoring of the vehicle dynamics during previous uses of the clutch, to determine the maximum torque delivered by the engine 2 that can transmit this clutch.
  • Figure 2 shows according to the state of charge of the SOC battery expressed in percentage, a first curve representing the maximum possible power Pmax that can physically deliver the battery, which is constant.
  • a second curve represents the maximum power allowed Paut for the battery 12, calculated according to SOC state of charge by limiting this power for low battery loads to protect it.
  • the maximum power allowed Paut is constantly equal to the maximum possible power Pmax for a charge state SOC greater than 40%, and decreases linearly below to reach a zero value at 0%.
  • the maximum possible power Pmax representing the product of the intensity by the voltage of the current delivered is that which can deliver the battery 12 under given operating conditions, in particular temperature conditions. It should be noted that the maximum possible power Pmax is constant, it is independent of the charge level of the battery 12.
  • the energy management laws of the powertrain favor the use of the engine 2 for the traction of the vehicle.
  • the battery 12 can be recharged if the heat engine 2 can provide extra energy for this recharge, particularly by using the electric machine 10.
  • the electric machine 10 can deliver an additional torque in addition to that delivered by the clutch which is insufficient to allow the vehicle to take off.
  • the starting method of the vehicle according to the invention represents an emergency situation comprising the following steps.
  • the method then performs an evaluation of the torque transmissible by the clutch 4, which may be less than a necessary torque threshold, or an evaluation of its temperature, which may be greater than a maximum temperature threshold, to deduce a insufficient torque capacity to be delivered by this clutch to start the vehicle.
  • the method calculates that the electrical machine 10 must deliver a torque to complete that delivered by the clutch 4, corresponding to a power P1 from the battery 12 to obtain this torque. It is found that for a state of charge SOC less than 20%, the maximum power allowed Paut is less than the necessary power P1, the battery 12 can not normally meet this demand.
  • the method allows a delivery by the battery 12 of a power greater than the maximum power allowed Paut.
  • the method can allow the delivery of the maximum possible power Pmax if necessary. This is thus usually uncommon manner which limits the risks for the traction battery 12, in the greatest possible number of cases to avoid the immobilization of the vehicle.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de démarrage d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique (2) transmettant le couple par un embrayage (4), une machine électrique de traction (10) alimentée par une batterie (12) délivrant son couple sans passer par l'embrayage (4) pour transmettre ce couple, un procédé de calcul de la puissance maximum autorisée délivrée par la batterie (12) en fonction de son état de charge, et comportant un procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage (4), ce procédé étant remarquable en ce que pour un démarrage du véhicule nécessitant un glissement de l'embrayage (4), pour une détection d'un couple transmissible par l'embrayage (4) inférieur à un couple nécessaire pour démarrer ce véhicule, et une puissance maximum autorisée de la batterie (12) inférieure à sa puissance maximum possible, il permet une délivrance par la batterie (12) d'une puissance supérieure à la puissance maximum autorisée.

Description

« PROCEDE DE DÉMARRAGE D'UN VÉHICULE HYBRI DE AVEC UNE PUISSANCE DE BATTERI E AUGMENTÉE»
[0001 ] La présente invention concerne un procédé de démarrage d'un véhicule hybride à l'arrêt ou en dessous d'un seuil de vitesse, équipé d'un moteur thermique et d'une machine électrique de traction, ainsi qu'un véhicule hybride comportant des moyens mettant en œuvre un tel procédé de démarrage.
[0002] Un type de véhicule hybride utilisant l'énergie électrique, appelé hybride parallèle, comporte une première motorisation équipée d'un moteur thermique, et une seconde motorisation comprenant une machine électrique de traction alimentée par des stockeurs d'énergie, qui est reliée aux roues motrices sans passer par un embrayage d'accouplement du moteur thermique. Les stockeurs d'énergie électrique, appelés par la suite batterie, peuvent utiliser tous types de technologies, notamment des cellules électrochimiques de stockage d'énergie, ou des capacités électriques.
[0003] Le moteur thermique est relié aux roues motrices par une transmission présentant plusieurs rapports de vitesse, comportant un embrayage d'entrée de cette transmission, notamment un embrayage travaillant à sec. Lors des démarrages du véhicule sur le premier rapport de vitesse, l'embrayage présente un glissement permettant d'adapter la vitesse du véhicule à celle du moteur par l'intermédiaire de ce premier rapport. [0004] Le glissement de l'embrayage transmettant un couple génère une puissance d'échauffement thermique qui dans un temps court est peu dissipée vers l'extérieur, et monte la température du mécanisme d'embrayage.
[0005] Dans certaines conditions l'embrayage peut monter fortement en température, en particulier après une succession de démarrages en côte, ou avec un véhicule très chargé. Dans ce cas la capacité de transmission de couple par l'embrayage diminue, ce qui augmente son glissement ainsi que sa température. On peut obtenir des situations où le moteur thermique n'arrive plus à démarrer le véhicule à l'arrêt.
[0006] Par ailleurs dans le cas d'une forte demande de couple pour la traction d'un véhicule hybride comprenant une machine électrique reliée au moteur thermique, qui peut recharger la batterie de traction, un procédé connu, présenté notamment par le document WO-A1 -201427152, limite de couple absorbé par cette machine afin de privilégier la transmission aux roues motrices du couple délivré par le moteur thermique.
[0007] Un autre procédé connu pour la traction d'un même type de véhicule hybride, présenté notamment par le document WO-A1 -201427153, dans le cas d'une conduite avec un système automatique de contrôle de la vitesse du véhicule, limite de couple absorbé par la machine électrique afin de répondre à la demande en couple de traction.
[0008] Toutefois le couple délivré par la machine électrique reliée directement au moteur thermique, ne peut pas aider pour le décollage du véhicule à partir de l'arrêt quand la capacité de l'embrayage est limitée en couple.
[0009] Par ailleurs certains véhicules hybrides comportent une machine électrique reliée à des roues motrices sans passer par l'embrayage, qui peut être en particulier liée à la transmission du moteur thermique.
[0010] D'une manière générale sur les véhicules hybrides, la puissance autorisée par un système de gestion de l'énergie que peut délivrer la batterie de traction, dépend de son état de charge, appelé « SOC » (abréviation des termes anglais « State Of Charge »). Quand l'état de charge diminue, la puissance autorisée diminue aussi, et les lois de gestion d'énergie privilégient le moteur thermique pour réaliser la traction du véhicule. [001 1 ] Dans le cas d'une capacité en couple de l'embrayage fortement diminuée, on a alors un apport de couple de la machine électrique faible ou nul à cause de l'état de charge de la batterie de traction, qui peut entraîner des problèmes d'impossibilité de démarrage avec le moteur thermique ne transmettant pas assez de couple par l'embrayage. Le véhicule reste immobilisé, ce qui représente un problème grave perçu par le client comme une défaillance du groupe motopropulseur.
[0012] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
[0013] Elle propose à cet effet un procédé de démarrage d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique transmettant du couple par un embrayage vers des roues motrices, une machine électrique de traction alimentée par une batterie de traction délivrant du couple auxdites roues motrices sans passer par l'embrayage pour transmettre ce couple, le procédé de démarrage utilisant un procédé de calcul de la puissance maximum autorisée délivrée par la batterie en fonction d'un état de charge de ladite batterie, et utilisant un procédé d'évaluation d'une valeur maximale de couple transmissible par l'embrayage, ce procédé étant remarquable en ce que pour un démarrage du véhicule nécessitant un glissement de l'embrayage, dans le cas d'une détection d'un couple transmissible par l'embrayage inférieur à un couple nécessaire pour démarrer ce véhicule, et d'une puissance maximum autorisée de la batterie inférieure à sa puissance maximum possible, le procédé permet une délivrance par la batterie d'une puissance supérieure à la puissance maximum autorisée pour alimenter la machine électrique qui participe au démarrage du véhicule. [0014] Un avantage de ce procédé de démarrage est que la machine électrique peut délivrer de manière exceptionnelle un niveau de couple élevé venant de la puissance maximum que la batterie peut délivrer, malgré les lois habituelles de limitation de cette puissance délivrée par la batterie à cause de son niveau de charge trop faible.
[0015] On considère dans ce cas que le décollage du véhicule intervenant dans ces conditions de manière peu fréquente, peut être autorisé exceptionnellement afin d'éviter une défaillance du véhicule jugée comme sévère par l'utilisateur.
[0016] Le procédé de démarrage suivant l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
[0017] Selon un mode de réalisation, le procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage utilise une mesure ou une estimation de la température de cet embrayage.
[0018] Selon un autre mode de réalisation, le procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage utilise un suivi de la dynamique du véhicule lors d'utilisations précédentes de cet embrayage. [0019] Avantageusement, le procédé de démarrage utilise un seuil de vitesse dépendant de différents paramètres de fonctionnement du véhicule, pour déterminer en dessous de ce seuil l'état de glissement de l'embrayage lors du démarrage du véhicule.
[0020] Avantageusement, le procédé de démarrage permet une puissance délivrée par la batterie qui peut atteindre la puissance maximum possible. [0021 ] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique transmettant le couple à une transmission par un embrayage, et une machine électrique de traction alimentée par une batterie délivrant son couple sur des roues motrices sans passer par l'embrayage pour transmettre ce couple, ce véhicule étant remarquable en ce qu'il comporte des moyens mettant en œuvre un procédé de démarrage comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0022] En particulier, la machine électrique peut être reliée à un arbre primaire de la transmission entraîné par l'embrayage.
[0023] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'un véhicule hybride mettant en œuvre un procédé de démarrage selon l'invention ; et
- la figure 2 est un graphique présentant en fonction de la charge batterie, des puissances délivrables par cette batterie. [0024] La figure 1 présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 entraînant par un embrayage 4 piloté de manière automatique, une transmission 6 présentant différents rapports de vitesse, reliée aux roues avant motrices 8 de ce véhicule.
[0025] L'arbre d'entrée de la transmission 6 recevant le mouvement de l'embrayage 4, comporte une machine électrique de traction 10 alimentée par une batterie de traction 12. De cette manière la machine électrique 10 peut délivrer un couple sur les roues motrices 8 sans passer par l'embrayage 4 pour transmettre son couple, en utilisant les différents rapports de vitesse proposés par la transmission 6.
[0026] Un calculateur du groupe motopropulseur relié à un superviseur de surveillance du véhicule, contrôle le fonctionnement de ce groupe motopropulseur pour répondre aux demandes du conducteur tout en optimisant les consommations d'énergie et les émissions de gaz polluants.
[0027] En particulier le véhicule hybride peut effectuer un roulage uniquement avec le moteur thermique 2, l'embrayage 4 étant fermé pour entraîner la transmission 6, la machine électrique 10 ne délivrant pas de couple. [0028] Lors des roulages en mode électrique avec la machine électrique seule 10, l'embrayage 4 est ouvert et le moteur thermique 2 est arrêté. La machine électrique 10 délivre un couple moteur aux roues motrices 8 en prélevant une énergie dans la batterie de traction 12, ou lors des freinages du véhicule travaille en génératrice en produisant un courant de recharge de cette batterie.
[0029] En roulage en mode hybride le moteur thermique 2 ainsi que la machine électrique 10 délivrent des couples qui se complètent, pour répondre à la demande du conducteur de couple sur les roues motrices 8.
[0030] Le véhicule comporte un procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage 4, qui peut être basé en particulier sur une mesure ou une estimation de la température de cet embrayage, ou sur un suivi de la dynamique du véhicule lors d'utilisations précédentes de l'embrayage, afin de déterminer le couple maximum délivré par le moteur thermique 2 que peut transmettre cet embrayage.
[0031 ] La figure 2 présente en fonction de l'état de charge de la batterie SOC exprimé en pourcentage, une première courbe représentant la puissance maximum possible Pmax que peut physiquement délivrer la batterie, qui est constante.
[0032] Une deuxième courbe représente la puissance maximum autorisée Paut pour la batterie 12, calculée en fonction de l'état de charge SOC en limitant cette puissance pour les faibles charges de batterie afin de la protéger. En particulier la puissance maximum autorisée Paut est constamment égale à la puissance maximum possible Pmax pour un état de charge SOC supérieur à 40%, et diminue de manière linéaire en dessous pour atteindre une valeur nulle à 0%.
[0033] La puissance maximum possible Pmax représentant le produit de l'intensité par la tension du courant délivré, est celle que peut délivrer la batterie 12 dans des conditions de fonctionnement données, en particulier des conditions de température. On notera que la puissance maximum possible Pmax est constante, elle est indépendante du niveau de charge de la batterie 12.
[0034] Dans le cas d'une puissance maximum autorisée Paut trop faible, les lois de gestion de l'énergie du groupe motopropulseur privilégient l'utilisation du moteur thermique 2 pour la traction du véhicule. En parallèle on peut recharger la batterie 12 si le moteur thermique 2 peut fournir un surcroît d'énergie pour cette recharge, en utilisant notamment la machine électrique 10. [0035] Lors d'un décollage du véhicule dans des conditions difficiles, en particulier un véhicule chargé ou sur une pente, et avec un embrayage 4 très chaud pouvant transmettre un couple limité inférieur au couple nécessaire pour ce démarrage, dans le cas d'un état de charge de la batterie SOC faible, en respectant la puissance maximum autorisée Paut la machine électrique 10 peut délivrer un couple additionnel s'ajoutant à celui délivré par l'embrayage qui est insuffisant pour permettre le décollage du véhicule.
[0036] On obtient alors un échec du démarrage du véhicule, qui est considéré comme une défaillance grave par le conducteur. Le procédé de démarrage du véhicule selon l'invention représente une situation d'urgence comportant les étapes suivantes.
[0037] Lors d'un démarrage ou d'une relance du véhicule à très basse vitesse, il vérifie si la vitesse du véhicule, en fonction d'autres paramètres de fonctionnement de ce véhicule, notamment de la demande de dynamique du conducteur, est inférieure à un seuil nécessitant un glissement de l'embrayage 4. Dans ce cas il calcule le couple nécessaire à délivrer sur la transmission 6 pour démarrer le véhicule.
[0038] Le procédé réalise ensuite une évaluation du couple transmissible par l'embrayage 4, qui peut être inférieur à un seuil de couple nécessaire, ou une évaluation de sa température, qui peut être supérieure à un seuil de température maximum, pour déduire une insuffisance de capacité de couple délivrable par cet embrayage afin de démarrer le véhicule.
[0039] Dans l'exemple présenté figure 2, le procédé calcule que la machine électrique 10 doit délivrer un couple pour compléter celui délivré par l'embrayage 4, correspondant à une puissance nécessaire P1 venant de la batterie 12 pour obtenir ce couple. On constate que pour un état de charge SOC inférieure à 20%, la puissance maximum autorisée Paut est inférieure à la puissance nécessaire P1 , la batterie 12 ne peut pas normalement répondre à cette demande.
[0040] Dans ce cas le procédé permet une délivrance par la batterie 12 d'une puissance supérieure à la puissance maximum autorisée Paut. En particulier comme présenté par les flèches 24, le procédé peut permettre la délivrance de la puissance maximum possible Pmax si nécessaire. [0041 ] On permet ainsi de manière habituellement peu courante ce qui limite les risques pour la batterie de traction 12, dans le plus grand nombre possible de cas d'éviter l'immobilisation du véhicule.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de démarrage d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique (2) transmettant du couple par un embrayage (4) vers des roues motrices (8), une machine électrique de traction (10) alimentée par une batterie de traction (12) délivrant du couple auxdites roues motrices (8) sans passer par l'embrayage (4) pour transmettre ce couple, ce procédé de démarrage utilisant un procédé de calcul de la puissance maximum autorisée (Paut) délivrée par la batterie (12) en fonction d'un état de charge (SOC) de ladite batterie, et utilisant un procédé d'évaluation d'une valeur maximale de couple transmissible par l'embrayage (4), caractérisé en ce que pour un démarrage du véhicule nécessitant un glissement de l'embrayage (4), dans le cas d'une détection d'un couple transmissible par l'embrayage (4) inférieur à un couple nécessaire pour démarrer ce véhicule, et d'une puissance maximum autorisée (Paut) de la batterie (12) inférieure à sa puissance maximum possible (Pmax), le procédé permet une délivrance par la batterie (12) d'une puissance supérieure à la puissance maximum autorisée (Paut) pour alimenter la machine électrique (10) qui participe au démarrage du véhicule.
2. Procédé de démarrage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage (4) utilise une mesure ou une estimation de la température de cet embrayage (4).
3. Procédé de démarrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé d'évaluation du couple transmissible par l'embrayage (4) utilise un suivi de la dynamique du véhicule lors d'utilisations précédentes de cet embrayage (4).
4. Procédé de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il utilise un seuil de vitesse dépendant de différents paramètres de fonctionnement du véhicule, pour déterminer en dessous de ce seuil l'état de glissement de l'embrayage (4) lors du démarrage du véhicule.
5. Procédé de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il permet une puissance délivrée par la batterie (12) qui peut atteindre la puissance maximum possible (Pmax).
6. Véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique (2) transmettant le couple à une transmission (6) par un embrayage (4), et une machine électrique de traction (10) alimentée par une batterie (12) délivrant son couple sur des roues motrices (8) sans passer par l'embrayage (4) pour transmettre ce couple, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en œuvre un procédé de démarrage de ce véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes.
7. Véhicule automobile hybride selon la revendication 6, caractérisé en ce que la machine électrique (10) est reliée à un arbre primaire de la transmission (6) entraîné par l'embrayage (4).
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