FR2791928A1 - Procede de maintien a l'arret d'un vehicule - Google Patents

Procede de maintien a l'arret d'un vehicule Download PDF

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Abstract

Procédé de maintien à l'arrêt d'un véhicule à propulsion électrique ou hybride, du type comprenant un ensemble de propulsion pourvu d'un moteur électrique, d'une batterie, et d'un superviseur. Lors d'une détection d'une vitesse proche de zéro et d'une absence d'action du conducteur sur la pédale d'accélérateur, le superviseur provoque l'arrêt complet du véhicule par émission d'une consigne de vitesse nulle vers le moteur électrique. Puis, si la durée d'arrêt complet maintenu par le moteur électrique excède un plafond prédéterminé, ou si le véhicule continue de se déplacer, le superviseur active un moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de l'ensemble de propulsion.

Description

Procédé de maintien à l'arrêt d'un véhicule.
La présente invention est applicable à tout véhicule disposant d'un moteur électrique relié aux roues et d'un mécanisme de blocage mécanique. Elle est en particulier applicable aux véhicules électriques, hybrides parallèles disposant d'une boîte de vitesses robotisée. Le fonctionnement peut se faire avec un train épicycloïdal lié à un moteur thermique et un alternateur avec un doigt bloqueur comme sur une
boite de vitesses automatique classique.
Pour le maintien à l'arrêt d'un véhicule, différents systèmes existent à ce jour. Dans le cas d'une boîte de vitesses automatique, un couple de précontrainte est en permanence appliqué par la boîte de vitesses sur les roues. Ce couple toujours légèrement positif provoque un léger avancement permanent du véhicule si le conducteur relâche les freins. Il ne s'agit donc pas à proprement parler d'un moyen de
maintien à l'arrêt.
Des systèmes mécaniques, à base d'actionneur automatique des freins permettent de figer un véhicule. Toutefois, ces systèmes
sont très cofiteux.
Enfin, les documents US 5 726 890 et US 5 376 869 décrivent un moyen pour bloquer un véhicule électrique sur place en utilisant une régulation en position plus ou moins directe, soit directement par une régulation de position, soit par une régulation de couple, soit par une demande de vitesse nulle. Cependant, pour maintenir un véhicule à l'arrêt sur une pente, il faut demander un fort couple au moteur et donc le dimensionner de manière importante par rapport à ce qui devrait être sans cette contrainte et supporter une consommation électrique
également importante.
La présente invention a pour objet de remédier aux
inconvénients de l'art antérieur.
La présente invention a pour objet un procédé de maintien à l'arrêt d'un véhicule à propulsion électrique, procédé économique évitant un surdimensionnement du moteur électrique et une
surconsommation électrique.
Le procédé de maintien à l'arrêt, selon l'invention, est destiné à un véhicule à propulsion électrique ou hybride, du type comprenant un ensemble de propulsion pourvu d'un moteur électrique, d'une batterie, et d'un superviseur. Lors d'une détection d'une vitesse proche de zéro et d'une absence d'action du conducteur sur la pédale d'accélérateur, le superviseur provoque l'arrêt complet du véhicule par
émission d'une consigne de vitesse nulle vers le moteur électrique.
Puis, si la durée d'arrêt complet maintenue par le moteur électrique excède un plafond prédéterminé, ou si le véhicule continue de se déplacer, le superviseur active un moyen de blocage mécanique de
l'arbre de sortie de l'ensemble de propulsion.
Avantageusement, le véhicule est maintenu à l'arrêt tant qu'une consigne en provenance du conducteur ne demande pas le roulage. Dans un mode de réalisation de l'invention, le véhicule est maintenu à l'arrêt tant que le couple nécessaire au maintien du véhicule à l'arrêt est supérieur au couple demandé par le conducteur
par l'intermédiaire de la pédale d'accélérateur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le superviseur active le moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de l'ensemble de propulsion, également si la puissance de la batterie est
inférieure à un seuil prédéterminé.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le superviseur active le moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de
l'ensemble de propulsion, également si le conducteur coupe le contact.
Avantageusement, pour un véhicule à propulsion hybride parallèle comprenant un moteur thermique et une boîte de vitesses, le blocage mécanique s'effectue par arrêt du moteur thermique et mise en
prise de la boîte de vitesses dans le rapport de vitesses le plus lent.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la boîte de vitesses étant commandée par le superviseur, la mise en prise de la boîte de vitesses s'effectue par coupure de l'alimentation électrique de la dite boîte de vitesses, et le désaccouplement s'effectue en
alimentant électriquement la dite boîte de vitesses.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le blocage mécanique s'effectue par actionnement d'un doigt de blocage de la
transmission du véhicule.
Ainsi, l'invention permet de dimensionner le moteur électrique de propulsion uniquement pour le roulage. La fonction de blocage du véhicule est effectuée sans aucun coût supplémentaire et est uniquement basée sur la commande du moteur électrique par le superviseur de roulage et ce, de manière transparente pour le conducteur qui n'a rien de spécial à faire. Il se contente d'appuyer sur le frein pour ralentir le véhicule et d'accélérer pour le faire redémarrer. La présente invention sera mieux comprise et d'autres
avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un
mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif, illustré par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma général de l'architecture de l'ensemble de propulsion d'un véhicule; la figure 2 est une vue montrant les étapes de pilotage du moteur thermique et de la boite de vitesses dans le cas d'un véhicule hybride; et la figure 3 est une vue montrant les étapes du pilotage de
la boîte de vitesses.
Comme on peut le voir sur la figure 1, un superviseur 1 est destiné à gérer les différents organes d'un ensemble de propulsion de véhicule à propulsion hybride. L'ensemble de propulsion comprend un moteur thermique 2 équipé d'un papillon motorisé 3 relié au superviseur 1, un embrayage 4 piloté par le superviseur 1, un moteur électrique 5 alimenté par un onduleur 6 également relié au superviseur 1, une boîte de vitesses 7 reliée au superviseur et destinée à entraîner les roues 8, dont une seule est représentée. Une pédale d'accélérateur 9
qui peut être actionnée par le conducteur est reliée au superviseur 1.
L'onduleur 6 est également relié à une batterie de traction 10
commandée par un gestionnaire de batteries 11.
La boîte de vitesses 7 comprend un arbre primaire 12 relié au moteur thermique 2 par l'intermédiaire de l'embrayage 4, et un arbre secondaire 13 relié à une extrémité au moteur électrique 5 et à l'autre extrémité aux roues 8 par l'intermédiaire d'organes classiques tels qu'un différentiel. La boîte de vitesses 7 comprend une pluralité de rapports de transmission entre l'arbre primaire 12 et l'arbre secondaire 13. Cette architecture est dite hybride parallèle, c'est-à-dire que le véhicule peut être entraîné par le moteur électrique 5 seul, l'embrayage 4 étant en position débrayée, et ce tant en accélération qu'en freinage. Le véhicule peut également être entraîné par le moteur thermique 2 seul, le moteur électrique 5 n'apportant ni ne prélevant de couple sur l'arbre secondaire 13, ou encore simultanément par le moteur thermique 2 et par le moteur électrique 5. En freinage, on peut prévoir que les deux moteurs prélèvent du couple. En accélération ou en maintien de vitesse stabilisée, on peut prévoir que le moteur thermique 2 apporte du couple tandis que le moteur électrique 5 peut
en apporter ou en prélever dans le but de recharger la batterie 10.
Lorsque le superviseur de roulage 1 détecte une vitesse proche de zéro, il provoque l'arrêt complet du véhicule. Cette vitesse détectée peut être une vitesse primaire, une vitesse du véhicule ou une vitesse du moteur électrique 5. L'arrêt complet peut être obtenu par différents moyens suivant la façon dont l'ensemble de propulsion est commandé. A titre d'exemple, on peut prévoir de commander le moteur électrique 5 en vitesse avec une consigne nulle. Simultanément, le moteur thermique 2 est maintenu au ralenti et est débrayé de la boite de vitesses 7. Ainsi seul le moteur électrique 5 participe au blocage du véhicule. Si le maintien dure trop longtemps, ou si ce premier mode de blocage est insuffisant, le véhicule continuant à avancer ou à reculer, le superviseur 1 commande l'arrêt du moteur thermique 2 et l'embrayage sur le premier rapport de la boîte de vitesses 7. Le véhicule se trouve donc bloqué de la même façon que le ferait un conducteur avec un véhicule à boîte de vitesses mécanique lorsqu'il le laisse en stationnement première vitesse engagée. Ce blocage se fait automatiquement et de manière transparente pour le conducteur qui ne
dispose pas de commande de changement de rapport.
Le superviseur 1 maintient le véhicule à l'arrêt tant qu'une consigne du conducteur ne demande pas le roulage du véhicule. De préférence la fin du blocage s'effectue lorsque le conducteur appuie sur l'accélérateur 9. Le superviseur 1 libère alors le véhicule. Dans le cas d'une boîte de vitesses commandée par le conducteur, la sortie du mode de blocage est effectuée lorsque le conducteur actionne le levier
de vitesses.
Toutefois, lorsque le véhicule se trouve dans une forte pente et que le conducteur commence à appuyer sur l'accélérateur, le couple demandé est plus faible que le couple de maintien du véhicule. Ainsi, le véhicule peut se mettre à reculer alors que le sens de marche désiré est vers l'avant, et réciproquement. Le conducteur n'est donc pas dispensé de l'utilisation du frein à main pour effectuer son démarrage
en côte.
Dans une variante préférée, on maintient le véhicule à l'arrêt tant que la commande du conducteur est inférieure au couple de maintien ou on applique directement le couple de maintien en plus du couple demandé. Pour cela, il faut connaître le couple de maintien. Sa détermination peut être effectuée par une régulation en vitesse par une commande de couple. Toutefois, cette solution cumule un certain
nombre de retard d'échantillonnages, ce qui peut provoquer des à-
coups au niveau des roues. On peut aussi demander à l'onduleur 6 de fournir le couple appliqué aux roues lorsque le moteur électrique 5 est commandé en couple. Enfin, une autre possibilité consiste à déterminer le couple du moteur électrique 5 en observant le courant de l'onduleur 6. Le courant est en première approximation une image du
couple appliquée au moteur électrique 5.
Dans les trois cas, le calcul du couple appliqué n'est faisable que si le premier mode de mise à l'arrêt est activé, c'est-à-dire si l'arrêt est obtenu au moyen d'un couple du moteur électrique 5. Dans le second mode de blocage par la boîte de vitesses 7, l'embrayage 4 et le moteur thermique 2, il faut disposer d'un capteur de couple au
niveau des roues 8 pour connaître cette information.
Une autre possibilité est de disposer d'un blocage mécanique du même type que celui présent sur les boîtes de vitesses automatique pour obtenir le mode de blocage. Un tel mécanisme permet de ne pas couper le moteur thermique 2 et uniquement de le débrayer d'o un gain de temps et d'énergie en évitant le redémarrage du moteur thermique 2. Dans cette variante, l'invention est applicable à tout type de véhicule électrique pourvu ou non d'un moteur thermique, ou
encore un véhicule de type hybride série.
Si l'on se sert uniquement du premier mode de blocage, le moteur électrique 5 doit retenir l'ensemble du véhicule. Cette régulation de position, via le couple ou la vitesse lui fait consommer une énergie non négligeable. Cette énergie est prise dans la batterie de traction 10. Il fait donc que la batterie 10 soit continuellement capable de fournir cette énergie, ce qui n'est pas possible avec un véhicule électrique et pas certain avec un véhicule hybride après des roulages électriques. De plus, il faut, pour des questions entre autres de tenue en température, surdimensionner le moteur électrique 5 par rapport à ce qui serait nécessaire si cette fonction n'était pas implantée dans le superviseur. Ceci se traduit par un surcoût du moteur électrique 5 et
par une augmentation de la masse et donc de la consommation globale.
Pour ces raisons, on passe au second mode de blocage au bout d'une
durée prédéterminée, par exemple une minute.
La validation de la demande de maintien à l'arrêt s'effectue selon l'algorithme suivant Constantes: Seuil_déclenchementarrêt = 5 km/h Traitement: demande_maintien_arrêt = FAUX maintien_électrique_insuffisant = FAUX faire (40 ms) si début_course_accel =VRAI si vitesse_véhicule < Seuil_déclenchement_arrêt demande_maintien_arrêt = VRAI si maintien_électrique enclenché = VRAI maintien_électriqueinsuffisant = VRAI fin si fin si sinon si couple demande > = couple de maintien demande_maintien_arrêt = FAUX maintien_électrique-insuffisant = FAUX fin si fin faire Il faut en premier détecter que le conducteur souhaite bloquer
sur place le véhicule. Cette fonction est réalisée dans la procédure ci-
dessus. Un blocage du véhicule est demandé si le conducteur n'appuie par sur l'accélérateur, c'est-à-dire si débutcourse_accel = VRAI et que la vitesse du véhicule est suffisamment faible, dans notre exemple km/h. La demande de blocage est invalidée si le conducteur appuie sur l'accélérateur. Par ailleurs, une information indiquant que le blocage électrique seul est insuffisant pour arrêter le véhicule est générée. Le blocage est actif tant que le couple demandé par le conducteur est inférieur au couple de maintien appliqué par le moteur
électrique lorsqu'il est seul à maintenir le véhicule.
La procédure de supervision du maintien s'effectue comme suite Constantes cDurée_maintien_électrique = 1 min Traitement: demande_maintien_ électrique = FAUX demande_maintien_thermique = FAUX timermaintien = 0 Faire (80 ms) si demandemaintien_ arrêt = FAUX demande_maintien_électrique = FAUX demande_maintienthermique =FAUX timer_maintien = 0 sinon demande_maintien_électrique = VRAI si (timermaintien > cDurée_maintien_électrique) OU (maintien_électriqueinsuffisant = VRAI) demande_maintien_thermique = VRAI sinon couple de maintien = couple électrique réalise fin si fin si Le blocage le plus rapide peut être effectué avec le moteur électrique 5. Par conséquent, toute demande de blocage sera réalisé en premier avec le moteur électrique 5. Dans le cas o le moteur électrique 5 ne suffit pas à réaliser le blocage (manque de puissance batterie, pente trop forte...) ou si la demande dure trop longtemps ou si le conducteur coupe le contact, une demande de blocage mécanique
par le moteur thermique 2 et la boîte de vitesses 7 est faite.
Le blocage du véhicule au moyen du moteur électrique est effectué selon la procédure suivante Constantes: Limitedynamique électrique = 50 Nm Seuilblocage = 100 tr/min Variables locales ci, écart entier Traitement maintien_électrique enclenché = FAUX typedemande_électrique = Demandecouple demandecouple_électrique = couple_électriquefiltre faire (40ms) si couple_électrique_filtre > Limitedynamique1électrique
couple_électriquefiltre = couple_électriquefiltre -
Limitedynamique_ électrique sinon si couple_électriquefiltre<Limitedynamique_électrique couple électrique_filtre = couple_électriquefiltre + Limitedynamique_ électrique sinon couple_électrique_filtre = 0 fin si si vitesseGME >Seuilblocage typeAdemande_ électrique = Demande_couple demande couple_électrique = couple_électriquejfiltre sinon typedemande_ électrique = Demande_vitesse demande_ vitesse_électrique = 0 fin si fin faire
On demande au moteur électrique 5 une vitesse nulle.
L'onduleur 6 interprète cette commande en réalisant un asservissement de couple. Cette fonction est réalisée en désactivant la procédure de blocage du véhicule. Cette dernière demande la consigne de vitesse nulle, si cela est possible on réalise un asservissement de position du moteur électrique 5 par la commande de couple. Une protection est prévue pour ne pas activer le blocage si le moteur électrique 5 tourne trop vite au moment de la demande de bocage. Dès que la demande de blocage du véhicule par le moteur électrique n'est plus validée par la procédure de supervision du blocage, la fonction de blocage du
véhicule est désactivée et on active l'application du couple électrique.
Comme on peut le voir sur la figure 2, en partant d'un état o le moteur thermique est arrêté, le blocage par le moteur thermique est activé si on demande le blocage par le moteur thermique et par la boite de vitesses. Sinon le blocage thermique est désactivé. Si une demande de puissance thermique est présente et s'il n'y pas de demande de blocage thermique, alors le moteur thermique est démarré et la variable demande-découplage prend la valeur faux. On peut alors utiliser le moteur thermique. Si l'une des deux conditions précédentes n'est pas réunie, la variable demande_découplage prend la valeur vrai
et le moteur thermique est arrêté puis découplé.
Comme on peut le voir sur la figure 3, le blocage de la boîte de vitesses est effectué par une commande spécifique. Après arrêt du moteur thermique, s'il était en fonctionnement, la boîte de vitesses robotisée également dénommée BVR est découplée pour éviter de donner un à- coup de couple aux roues. Si la variable o demande_blocageboîte prend la valeur vrai, la boîte passe la première vitesse et on interrompt ensuite son alimentation électrique, ce qui laisse la boîte de vitesses en prise. Si la variable demande_blocage boîte prend la valeur faux, la boîte de vitesses est réveillée et réalimentée, ce qui provoque son passage au neutre. Si la variable demande_découplage prend la valeur faux, cela signifie que la boîte de vitesses est utilisée pour le roulage du véhicule. Si l'une des deux variables demande_découplage et demande_blocageboîte prend la valeur vrai, la boîte de vitesses passe alors en position découplée ou neutre. Dans cette position, si le moteur thermique est nécessaire pour
la gestion d'énergie, il peut alors être démarré et utilisé normalement.
II

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Procédé de maintien à l'arrêt d'un véhicule à propulsion électrique ou hybride, du type comprenant un ensemble de propulsion pourvu d'un moteur électrique, d'une batterie, et d'un superviseur, dans lequel, lors d'une détection d'une vitesse proche de zéro et d'une absence d'action du conducteur sur la pédale d'accélérateur, le superviseur provoque l'arrêt complet du véhicule par émission d'une consigne de vitesse nulle vers le moteur électrique, puis, si la durée d'arrêt complet maintenu par le moteur électrique excède un plafond prédéterminé, ou si le véhicule continue de se déplacer, le superviseur active un moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de
l'ensemble de propulsion.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le véhicule est maintenu à l'arrêt tant qu'une consigne en provenance du
conducteur ne demande pas le roulage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le véhicule est maintenu à l'arrêt tant que le couple nécessaire au maintien du véhicule à l'arrêt est supérieur au couple demandé par le
conducteur par l'intermédiaire de la pédale d'accélérateur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel le superviseur active le moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de l'ensemble de propulsion, également
si la puissance de la batterie est inférieure à un seuil prédéterminé.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel le superviseur active le moyen de blocage mécanique de l'arbre de sortie de l'ensemble de propulsion, également
si le conducteur coupe le contact.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel, pour un véhicule à propulsion hybride parallèle comprenant un moteur thermique et une boîte de vitesses, le blocage mécanique s'effectue par arrêt du moteur thermique et mise en
prise de la boîte de vitesses dans le rapport de vitesses le plus lent.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, la boîte de vitesses étant commandée par le superviseur, la mise en prise de la boîte de vitesses s'effectue par coupure de l'alimentation électrique de la dite boîte de vitesses, et le désaccouplement s'effectue en
alimentant électriquement la dite boîte de vitesses.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel le blocage mécanique s'effectue par
actionnement d'un doigt de blocage de la transmission du véhicule.
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