WO2021084172A1 - Procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne dans une architecture de traction hybride - Google Patents

Procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne dans une architecture de traction hybride Download PDF

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electric
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Ludovic Gaudichon
Soukaina Boury-Caillaud
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Psa Automobiles Sa
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Definitions

  • an air conditioning compressor 20 may be coupled to the heat engine 11 by means of a movement transmission device 21.
  • This device 21 may for example include a chain or a belt cooperating with carried pulleys respectively by the crankshaft and the compressor shaft 20.
  • torque C supplied to the heat engine 11 to ensure its starting must be between 70 N.m and 80 N.m.
  • the heat engine 11 is turned off, while a torque is applied to the wheels 17 by the electric traction motor 13.
  • the clutch K1 is closed.
  • the KO clutch is open.
  • the KO clutch closes at time T5 and the heat engine 11 begins to transmit torque from time T6.
  • the vehicle then operates in thermal mode (the thermal engine 11 transmits torque to the wheels 17 while the electric motor no longer transmits torque to the wheels 17).

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) appartenant à une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues (17), ladite chaîne de traction comportant également un moteur électrique de traction (13), une boîte de vitesses (15) ayant un arbre primaire et un arbre secondaire, et un démarreur (22) en prise avec une couronne de démarrage du moteur thermique (11), le véhicule automobile étant dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction (13) et un démarrage du moteur thermique (11) étant sollicité, ledit procédé comportant une étape de sélection, en fonction d'un régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesse (15), d'un ou deux organes parmi le démarreur (22) et le moteur électrique de traction (13) pour assurer le démarrage du moteur thermique (11).

Description

PROCÉDÉ DE DÉMARRAGE D'UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE DANS UNE ARCHITECTURE DE TRACTION
HYBRIDE
DESCRIPTION
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N° 1912279 déposée le 31.10.2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique dans une architecture de traction hybride, notamment pour un véhicule automobile.
[0003] De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile peut comporter un moteur thermique et un moteur électrique de traction implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant.
[0004] Le moteur électrique de traction est accouplé au moteur thermique par l'intermédiaire d'un premier embrayage. Le moteur électrique de traction est accouplé avec une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage. L'arbre de sortie de la boîte de vitesses est en prise avec les roues du véhicule par l'intermédiaire d'un différentiel.
[0005] Afin de démarrer un moteur thermique, il est nécessaire d'appliquer un certain niveau de couple au vilebrequin. Dans le cas d'une chaîne de traction hybride ayant une architecture électrique ayant une tension de fonctionnement faible, par exemple de l'ordre de 48 Volts nominal, le moteur électrique est dédié à la mobilité du véhicule. Un démarreur, dit démarreur renforcé, fonctionnant généralement sur le réseau électrique basse tension, notamment de 12 Volts, est utilisé pour démarrer et redémarrer le moteur thermique au cours du roulage.
[0006] Il a été observé que pour assurer un bon agrément lors d'une transition entre un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique, il est nécessaire d’avoir un temps de démarrage très court, de l'ordre de 500 ms, en particulier pour des puissances à la roue faible en mode de roulage électrique. Toutefois, le démarreur renforcé assurant à lui seul la fourniture de couple au vilebrequin ne permet pas d'atteindre ce temps de redémarrage.
[0007] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique appartenant à une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues, ladite chaîne de traction comportant également un moteur électrique de traction, une boîte de vitesses ayant un arbre primaire et un arbre secondaire, et un démarreur en prise avec une couronne de démarrage du moteur thermique, le moteur électrique de traction étant accouplé au moteur thermique par l'intermédiaire d'un premier embrayage avec l’arbre primaire de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage, le véhicule automobile étant dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction dans lequel le premier embrayage est ouvert tandis que le deuxième embrayage est fermé, et un démarrage du moteur thermique étant sollicité, ledit procédé comportant une étape de sélection, en fonction d'un régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesse, d'un ou deux organes parmi le démarreur et le moteur électrique de traction pour assurer le démarrage du moteur thermique.
[0008] L’invention permet, lorsque cela est nécessaire, de mutualiser l'action du démarreur renforcé et du moteur électrique de traction pour assurer le démarrage du moteur thermique. L'invention permet ainsi d'augmenter le niveau de couple apporté au vilebrequin et de réduire le temps de redémarrage du moteur thermique. L'invention permet en outre de limiter au maximum la puissance du moteur électrique de traction tout en pouvant utiliser un démarreur renforcé déjà présent sur tout véhicule automobile équipé d'un moteur thermique.
[0009] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où le régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesses est inférieur à un seuil, le moteur électrique de traction assure seul le démarrage du moteur thermique en fournissant seul un couple au vilebrequin du moteur thermique.
[0010] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où le régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesses est supérieur à un seuil, le moteur électrique de traction et le démarreur assurent ensemble le démarrage du moteur thermique en fournissant ensemble un couple au vilebrequin du moteur thermique.
[0011] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte une étape de commande d'une fermeture partielle d'un embrayage reliant mécaniquement le moteur électrique de traction au moteur thermique et une étape d’activation du démarreur, de sorte que le démarreur et le moteur électrique de traction fournissent simultanément un couple au moteur thermique pour assurer son démarrage.
[0012] Selon une mise en oeuvre, un embrayage est mis en glissement et ne transmet que quelques Newtons-mètres avant de piloter l’activation du démarreur de façon à compenser une course morte entre une position totalement ouverte de l'embrayage et un point de léchage de l'embrayage.
[0013] Selon une mise en oeuvre, l’étape de commande de la fermeture partielle de l’embrayage et l’étape d'activation du démarreur sont pilotées en parallèle l'une de l’autre. [0014] Selon une mise en oeuvre, l’étape de commande de la fermeture partielle de l’embrayage et l’étape d'activation du démarreur sont pilotées en décalé l'une par rapport à l’autre.
[0015] Selon une mise en oeuvre, le seuil correspond à un régime de rétrogradage de première. [0016] Selon une mise en oeuvre, la chaîne de traction est dépourvue de machine électrique tournante réversible accouplée au moteur thermique via une façade accessoires.
[0017] L'invention a également pour objet un calculateur comportant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à la mise en oeuvre des étapes du procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique tel que précédemment défini. [0018] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0019] [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d'une chaîne de traction pour véhicule automobile mettant en oeuvre un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique selon l'invention;
[0020] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique illustrant une répartition de puissance électrique et mécanique entre les différents composants de la chaîne de traction de la figure 1 ;
[0021] [Fig. 3] La figure 3 est une représentation graphique de l'évolution du couple maximal disponible du moteur électrique de traction et du seuil de démarrage du moteur thermique en fonction du régime de l’arbre primaire de la boîte de vitesses;
[0022] [Fig. 4] La figure 4 est un diagramme temporel de la stratégie mise en oeuvre pour la transition du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique lorsque le régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesses est inférieur au seuil de rétrogradage de première;
[0023] [Fig. 5] La figure 5 est un diagramme temporel de la stratégie mise en oeuvre pour la transition du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique lorsque le régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesses est supérieur au seuil de rétrogradage de première.
[0024] La figure 1 montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11 associé à un système de volant d'inertie 12 et un moteur électrique de traction 13 implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur thermique 11 est par exemple un moteur thermique à trois cylindres. En variante, le moteur thermique 11 pourra bien entendu comporter un nombre différent de cylindres.
[0025] Le moteur électrique de traction 13 est accouplé au moteur thermique 11 par l'intermédiaire d'un premier embrayage KO. Le moteur électrique de traction 13 est accouplé avec une boîte de vitesses 15 par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage K1. La boîte de vitesses 15 comporte un arbre primaire 14 et un arbre secondaire 16 connecté aux roues 17 par l'intermédiaire d'un différentiel (non représenté). [0026] Dans un mode de fonctionnement électrique, l'embrayage KO est ouvert tandis que l'embrayage K1 est fermé. Dans un mode de fonctionnement thermique, les deux embrayages KO et K1 sont fermés.
[0027] En façade accessoires, un compresseur de climatisation 20 pourra être accouplé au moteur thermique 11 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement 21. Ce dispositif 21 pourra par exemple comporter une chaîne ou une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre du compresseur 20.
[0028] Un démarreur 22 est prévu pour le démarrage à froid du moteur thermique 11 ainsi que son redémarrage suite à sa coupure effectuée en fonction des conditions de circulation. A cet effet, le démarreur 22 comporte un pignon d'entraînement engrenant avec une couronne du moteur thermique 11.
[0029] La chaîne de traction 10 est dépourvue de machine électrique tournante réversible accouplée au moteur thermique 11 via la façade accessoires.
[0030] La figure 2 illustre un exemple de répartition de puissance électrique (flèche pleine) et de puissance mécanique (flèche en pointillés) entre les différents composants de la chaîne de traction 10.
[0031] Dans l'exemple représenté, le moteur électrique de traction 13 est alimenté par une batterie de traction 25. Le moteur électrique de traction 13 pourra présenter une tension d'alimentation de 48 Volts. [0032] Le démarreur 22 est alimenté par une batterie 28 ayant une tension de fonctionnement de 12 Volts. Un réseau électrique 12 Volts, référencé 26, est relié au réseau électrique 48 Volts par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu [0033] Un calculateur 23 montré sur la figure 1 est apte à sélectionner, en fonction d'un régime de l'arbre primaire de la boîte de vitesses 15, un ou deux organes parmi le démarreur 22 et le moteur électrique de traction 13 pour assurer le démarrage du moteur thermique 11 . Le calculateur 23 est apte à piloter le démarreur 22, le moteur électrique de traction 13, ainsi que les embrayages KO et K1. Plus globalement, le calculateur 23 comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre des étapes du procédé de l’invention.
[0034] La figure 3 montre l'évolution du couple maximal Cmax_MT disponible du moteur électrique de traction 13 et du seuil de démarrage du moteur thermique S_Mth en fonction du régime W_ap de l’arbre primaire de la boîte de vitesses 15. Le seuil de démarrage du moteur thermique S_Mth est déterminé de façon à optimiser une consommation en carburant du véhicule automobile. Le seuil de démarrage du moteur thermique S_Mth pourra varier en fonction du type de moteur thermique 11 .
[0035] Il est à noter que le couple C fourni au moteur thermique 11 pour assurer son démarrage doit être compris entre 70 N.m et 80 N.m.
[0036] On observe que la réserve de couple du moteur électrique 13 est suffisante dans la zone Z1 pour démarrer le moteur thermique 11 lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap est inférieur à un seuil S_ret correspondant au seuil de rétrogradage du rapport de première.
[0037] En revanche, du fait de la chute du couple disponible du moteur électrique 13 avec l'augmentation de son régime, la réserve de couple du moteur électrique 13 est insuffisante dans la zone Z2 pour démarrer le moteur thermique 11 lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap est supérieur au seuil de rétrogradage du rapport de première S_ret.
[0038] En conséquence, on prévoit deux modes de redémarrage. Suivant un premier mode de démarrage mis en oeuvre lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap est inférieur au seuil de rétrogradage S_ret (cf. zone Z1 ), le moteur électrique de traction 13 assure seul la mobilité du véhicule et l’apport de couple au vilebrequin pour le redémarrage du moteur thermique 11.
[0039] Suivant un deuxième mode de démarrage mis en oeuvre lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap est supérieur au seuil de rétrogradage S_ret (cf. zone Z2), le moteur électrique de traction 13 et le démarreur 22 assurent ensemble le démarrage du moteur thermique 11 en fournissant ensemble un couple au vilebrequin du moteur thermique 11. Le démarreur 22 fournit ainsi un couple dans la zone de fonctionnement Z2 dans laquelle on observe une chute du couple du moteur électrique de traction 13. [0040] Le seuil de rétrogradage S_ret est typiquement de l'ordre de 1100 tr/min pour un véhicule automobile. Par "de l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 10% autour de la valeur cible. On notera que les seuils de rétrogradage S_ret des rapports supérieurs sont situés à des régimes au moins supérieurs ou égaux à celui du rapport de première. [0041] On décrit ci-après, en référence avec la figure 4, la stratégie mise en oeuvre pour la transition, sur la phase Ph_dem, du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap de la boîte de vitesses 15 est inférieur au seuil de rétrogradage S_ret de première. Le graphique du haut représente l'évolution du couple C des différents composants de la chaîne de traction 10. Le graphique du bas représente l'évolution du régime W du moteur électrique 13 et du moteur thermique 11.
[0042] Plus précisément, avant l'instant T0, le moteur thermique 11 est éteint, tandis qu'un couple est appliqué aux roues 17 par le moteur électrique de traction 13. L'embrayage K1 est fermé. L'embrayage KO est ouvert. [0043] Entre les instants TO et T1 , le couple transmis par l'embrayage K1 diminue.
[0044] Entre les instants T 1 et T2, le régime du moteur électrique de traction 13 augmente tandis que l'on observe un échelon de couple. [0045] Entre les instants T2 et T3, l'embrayage KO commence à se fermer jusqu'à atteindre son point de glissement pour transmettre du couple au moteur thermique 11.
[0046] Entre les instants T3 et T4, le moteur thermique 11 est entraîné en rotation de sorte que son régime augmente.
[0047] L'injection de carburant commence à l'instant T4 et lorsque le moteur thermique 11 a atteint son régime de ralenti à l'instant T5, l'embrayage KO se ferme tandis que le couple appliqué par le moteur électrique de traction 13 passe à zéro. Le moteur thermique 11 commence à transmettre du couple à partir de l'instant T6. [0048] Le véhicule fonctionne alors en mode thermique (le moteur thermique 11 transmet du couple aux roues 17 tandis que le moteur électrique ne transmet plus de couple aux roues 17).
[0049] On décrit ci-après, en référence avec la figure 5, la stratégie mise en oeuvre pour la transition, sur la phase Ph_dem, du mode de roulage électrique vers le mode de roulage thermique lorsque le régime de l'arbre primaire W_ap de la boîte de vitesses 15 est supérieur au seuil de rétrogradage S_ret de première. Le graphique du haut représente l'évolution du couple C des différents composants de la chaîne de traction 10. Le graphique du bas représente l'évolution du régime W du moteur électrique 13 et du moteur thermique 11. Cette stratégie vise à obtenir le meilleur phasage possible entre le couple du démarreur 22 et le couple du moteur électrique 13, tout en réduisant au maximum les pertes énergétiques dans l’embrayage KO.
[0050] Plus précisément, avant l'instant TO, le moteur thermique 11 est éteint, tandis qu'un couple est appliqué aux roues 17 par le moteur électrique de traction 13. L'embrayage K1 est fermé. L'embrayage KO est ouvert.
[0051] Entre les instants TO et T1 , le couple transmis par l'embrayage K1 diminue.
[0052] Entre les instants T 1 et T2, le régime du moteur électrique de traction 13 augmente tandis que l'on observe un échelon de couple. [0053] Entre les instants T2 et T3, l'embrayage KO commence à se fermer pour transmettre du couple au moteur thermique 11.
[0054] Entre les instants T3 et T3’, l’embrayage KO est légèrement glissant et ne transmet que quelques Newtons-mètres. Cela permet d’avoir une réactivité importante de l'embrayage KO, car la course morte entre la position totalement ouverte de l'embrayage KO et son point de léchage est compensée. Etant donné que l'embrayage KO ne transmet que quelques Newtons-mètres dans cette période et pas la réserve couple du moteur électrique 13 correspondant à l'écart entre son couple de fonctionnement et son couple crête, les pertes énergétiques sont réduites.
[0055] Entre les instants T3' et Tinj correspondant au moment où l'injection de carburant dans le moteur 11 commence, le démarreur 22 est activé, de sorte que le démarreur 22 et le moteur électrique 13 transmettent ensemble un couple au moteur thermique 11 pour assurer son démarrage. [0056] Les étapes de commande de fermeture partielle de l'embrayage KO et d'activation du démarreur 22 pourront être pilotées en parallèle ou de façon décalée l'une par rapport à l'autre. Dans tous les cas, l'objectif est de tendre vers la probabilité maximale de disposer au même moment d'un niveau de couple maximum des deux organes vers le vilebrequin du moteur thermique 11. [0057] En effet, des temporisations peuvent être appliquées entre l'étape de commande de l'embrayage KO et l'étape d'activation du démarreur 22. Ces temporisations représentent des constantes de temps et temps de réaction des organes à un échelon. On considère que l’incertitude temporelle relative au temps de réaction du démarreur 22 est de l'ordre de 50 ms (cf. fenêtre F1), ce qui est acceptable pour un bon agrément.
[0058] Lorsque le moteur thermique 11 a atteint son régime de ralenti à l'instant T4, le couple appliqué par le moteur électrique de traction 13 passe à zéro.
[0059] L'embrayage KO se ferme à l'instant T5 et le moteur thermique 11 commence à transmettre du couple à partir de l'instant T6. [0060] Le véhicule fonctionne alors en mode thermique (le moteur thermique 11 transmet du couple aux roues 17 tandis que le moteur électrique ne transmet plus de couple aux roues 17).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) appartenant à une chaîne de traction (10) hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues (17), ladite chaîne de traction (10) comportant également un moteur électrique de traction (13), une boîte de vitesses (15) ayant un arbre primaire (14) et un arbre secondaire (16), et un démarreur (22) en prise avec une couronne de démarrage du moteur thermique (11), le moteur électrique de traction (13) étant accouplé au moteur thermique (11 ) par l'intermédiaire d'un premier embrayage (KO) avec l’arbre primaire (14) de la boîte de vitesses (15) par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage (K1), caractérisé en ce que, le véhicule automobile étant dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction (13) dans lequel le premier embrayage (KO) est ouvert tandis que le deuxième embrayage (K1) est fermé, et un démarrage du moteur thermique (11) étant sollicité, ledit procédé comporte une étape de sélection, en fonction d'un régime (W_ap) de l'arbre primaire (14) de la boîte de vitesse (15), d'un ou deux organes parmi le démarreur (22) et le moteur électrique de traction (13) pour assurer le démarrage du moteur thermique (11 ).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans le cas où le régime (W_ap) de l'arbre primaire (14) de la boîte de vitesses (15) est inférieur à un seuil (S_ret), le moteur électrique de traction (13) assure seul le démarrage du moteur thermique (11) en fournissant seul un couple au vilebrequin du moteur thermique (11).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où le régime (W_ap) de l'arbre primaire (14) de la boîte de vitesses (15) est supérieur à un seuil (S_ret), le moteur électrique de traction (13) et le démarreur (22) assurent ensemble le démarrage du moteur thermique (11 ) en fournissant ensemble un couple au vilebrequin du moteur thermique (11 ).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de commande d'une fermeture partielle d'un embrayage (KO) reliant mécaniquement le moteur électrique de traction (13) au moteur thermique (11 ) et une étape d’activation du démarreur (22), de sorte que le démarreur (22) et le moteur électrique de traction (13) fournissent simultanément un couple au moteur thermique (11 ) pour assurer son démarrage.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un embrayage
(KO) est mis en glissement et ne transmet que quelques Newtons-mètres avant de piloter l’activation du démarreur (22) de façon à compenser une course morte entre une position totalement ouverte de l'embrayage (KO) et un point de léchage de l'embrayage (KO).
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l’étape de commande de la fermeture partielle de l’embrayage (KO) et l’étape d'activation du démarreur (22) sont pilotées en parallèle l'une de l’autre.
7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l’étape de commande de la fermeture partielle de l’embrayage (KO) et l’étape d'activation du démarreur (22) sont pilotées en décalé l'une par rapport à l’autre.
8. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le seuil (S_ret) correspond à un régime de rétrogradage de première.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chaîne de traction (10) est dépourvue de machine électrique tournante réversible accouplée au moteur thermique (11 ) via une façade accessoires.
10. Calculateur (23), caractérisé en ce qu’il comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à la mise en oeuvre des étapes du procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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