FR3010031A1

FR3010031A1 - Procede de commande du couple resistant de freinage recuperatif d'un vehicule automobile electrique en fonction de la declivite de la route

Info

Publication number: FR3010031A1
Application number: FR1358359A
Authority: FR
Inventors: Frederic Perain
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-06
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: FR3010031B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande du couple résistant de freinage récupératif d'un véhicule (10) automobile mû par une machine (14) électrique tournante, le véhicule (10) comportant : - la machine (14) électrique tournante susceptible de fonctionner selon un mode "générateur" dans lequel un couple (Cr) résistant de freinage récupératif s'oppose à la rotation du rotor ; - des moyens (22, 24, 26) de détermination de la déclivité (D) en descente de la route empruntée par le véhicule (10) ; - une unité (21) électronique de commande qui est apte à agir sur la machine (14) électrique tournante pour commander la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif ; caractérisé en ce que la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif est calculée en fonction de la déclivité (D) déterminée par les moyens (22, 24, 26) de détermination.

Description

"Procédé de commande du couple résistant de freinage récupératif d'un véhicule automobile électrique en fonction de la déclivité de la route" L'invention concerne un procédé de commande du couple résistant de freinage récupératif d'un véhicule automobile mû par une machine électrique tournante. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande du couple résistant de freinage récupératif d'un véhicule automobile mû par une machine électrique tournante, le véhicule comportant : - la machine électrique tournante qui comporte un stator et un rotor lié en rotation avec au moins une roue motrice du véhicule, la machine électrique tournante étant susceptible de fonctionner selon un mode dit "générateur" dans lequel le rotor est entraîné en rotation par l'inertie du véhicule pour produire de l'énergie électrique, et dans lequel un couple résistant de freinage récupératif s'oppose à la rotation du rotor ; - des moyens de détermination de la déclivité en descente de la route empruntée par le véhicule ; - une unité électronique de commande qui est apte à agir sur la machine électrique tournante pour commander la valeur du couple résistant de freinage récupératif. Les véhicules électriques sont mus par une machine électrique tournante susceptible de fonctionner selon un mode "moteur" dans lequel l'énergie électrique alimentant la machine électrique tournante est convertie en un couple moteur qui entraîne les roues du véhicule via le rotor de la machine électrique tournante. Le conducteur du véhicule dispose d'une pédale d'accélération pour agir sur le moteur électrique et d'une pédale de freinage pour agir sur un ensemble de freins à frottement qui équipent les roues du véhicule.

Lorsque le conducteur relâche totalement la pédale d'accélération sans solliciter la pédale de freinage, le véhicule est en roue libre. Dans ce cas, le rotor de la machine électrique tournante est entraîné en rotation par les roues sous l'effet de l'inertie du véhicule. Le frein moteur est alors produit uniquement par les frottements mécaniques des différents éléments de la chaîne de traction. Un tel frein moteur se traduit par l'application d'un couple négatif résistant de frottement qui s'oppose à la rotation de l'arbre moteur. Sur les véhicules à moteur électrique, le couple résistant de frottement est sensiblement moins élevé que sur les véhicules à moteur à combustion. Pour que les sensations de conduite d'un véhicule à moteur électrique se rapprochent de celles d'un véhicule à moteur thermique, il est connu de faire fonctionner temporairement la machine électrique tournante en mode "générateur ". Dans ce mode "générateur", l'énergie mécanique qui entraîne en rotation le rotor est transformée en énergie électrique. La machine électrique tournante produit alors un couple résistant de freinage récupératif qui s'oppose à la rotation de l'arbre moteur. Ce couple résistant de freinage récupératif vient s'additionner avec le couple résistant de frottement pour augmenter le frein moteur. Le fonctionnement de la machine électrique tournante en mode "générateur" permet avantageusement de recharger les batteries du véhicule afin d'augmenter son autonomie. C'est pour cette raison que ce mode de fonctionnement est aussi connu sous le nom de "freinage récupératif". Le couple résistant de freinage récupératif est globalement proportionnel à la puissance électrique produite par la machine électrique tournante en mode "générateur". La machine électrique tournante est par exemple formée par un moteur synchrone à rotor bobiné. Dans ce cas, le couple résistant de freinage récupératif est commandé en faisant varier l'intensité du champ magnétique produit par le rotor. Ceci est réalisé en agissant sur l'alimentation électrique du rotor. Selon une solution connue de l'état de la technique, un couple résistant électrique nominal est déterminé automatique- s ment. Cependant, cette solution ne permet pas d'anticiper les déclivités de la route dans lesquelles le véhicule est susceptible d'accélérer en l'absence de couple résistant de freinage récupératif. 10 Selon une autre solution connue, le conducteur peut sélectionner manuellement un couple résistant de freinage récupératif. Cette solution n'est pas satisfaisante car le couple résistant de freinage récupératif constitue un paramètre 15 supplémentaire à gérer pour le conducteur en plus de l'accélération et du freinage conventionnel du véhicule. Ceci ne favorise pas une conduite souple du véhicule. De plus, une telle solution n'est pas ergonomique pour choisir de manière précise le niveau de frein moteur désiré car le 20 conducteur ne peut pas déterminer intuitivement le ralentissement que subira le véhicule selon le couple résistant électrique sélectionné. Le conducteur est en effet susceptible de passer directement du couple résistant nominal à un couple résistant trop élevé par rapport à son souhait. 25 Pour résoudre notamment ces problèmes, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la valeur du couple résistant de freinage récupératif est calculée en fonction de la déclivité déterminée par les moyens de détermination. 30 Selon d'autres caractéristiques du procédé : - la valeur du couple résistant récupératif est proportionnelle à la déclivité déterminée par les moyens de détermination ; - lorsque la déclivité est inférieure à un seuil prédéterminé, la valeur du couple résistant de freinage récupératif est égale à une valeur minimale prédéterminée ; - les moyens de détermination comportent un dispositif de 5 reconnaissance automatique des panneaux de signalisation annonçant une descente dangereuse ; - le dispositif de reconnaissance est apte à identifier la déclivité indiquée sur un tel panneau de signalisation ; - les moyens de détermination comportent un dispositif 10 électronique de géolocalisation du véhicule, tel qu'un "GPS", qui comporte une base de données apte à faire correspondre des informations concernant la déclivité des routes avec les coordonnées géographiques ; - les moyens de détermination comportent un capteur de 15 l'assiette longitudinale du véhicule qui est apte à mesurer l'angle de l'axe longitudinal du véhicule par rapport à un plan horizontal ; - la valeur du couple résistant de freinage récupératif est calculée cycliquement, et lorsqu'une nouvelle valeur du couple résistant de freinage récupératif est calculée, la variation du 20 couple résistant de freinage récupératif est commandée de manière à varier progressivement depuis la valeur actuelle vers ladite nouvelle valeur ; - le couple résistant de freinage récupératif varie selon une pente prédéterminée. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus qui 30 représente un véhicule automobile mû par une machine électrique tournante ; - la figure 2 est un diagramme qui représente l'intensité du couple de freinage récupératif du véhicule en fonction du temps ; - la figure 3 est un diagramme qui représente la déclivité de la route parcourue par le véhicule en fonction de la même échelle de temps que celle de la figure 2. Dans la suite de la description, des éléments présentant 5 une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence. Dans la suite de la description on adoptera pour le véhicule des orientations longitudinale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" de la figure 1. 10 Pour la description et les revendications, on définit la "déclivité" d'une route en descente comme étant le sinus de l'angle formé entre la route, dans un sens longitudinal, et un plan horizontal. Ainsi, plus la route sera pentue, plus la valeur de la déclivité sera élevée. De manière conventionnelle, la déclivité 15 d'une route est donnée sous forme de pourcentage correspondant à la différence de la hauteur maximale et de la hauteur minimale de la descente divisée par la distance parcourue sur la route entre ces deux niveaux. On a représenté à la figure 1 un véhicule 10 automobile 20 comportant quatre roues 12A, 12B. Les deux roues 12A arrière sont motrices. Elles sont montées à rotation autour d'un axe transversal commun. Les roues 12A motrices sont susceptibles d'être entraînées en rotation par une machine 14 électrique tournante fonctionnant 25 en mode "moteur". Selon une variante non représentée de l'invention, le véhicule automobile est un véhicule hybride comportant un premier moteur électrique formé par une machine électrique tournante et un deuxième moteur à combustion pour 30 l'entraînement des roues avant 12B. De manière connue la machine 14 électrique tournante comporte un stator (non représenté) bobiné à l'intérieur duquel un rotor (non représenté) est monté à rotation. De manière non limitative, la machine 14 électrique tournante est formée par une machine synchrone à rotor bobiné. Le rotor de la machine 14 électrique tournante est lié en rotation avec au moins les roues 12A motrice du véhicule 10 par l'intermédiaire d'un arbre 16 moteur longitudinal. L'arbre 16 moteur entraîne en rotation les roues 12A motrices par l'intermédiaire d'un mécanisme 18 de transmission de couple tel qu'un différentiel. Les bobinages du rotor et du stator sont alimentés en énergie électrique par une batterie 20 de traction embarquée à bord du véhicule 10. La machine 14 électrique tournante est susceptible de fonctionner selon deux modes : - un premier mode dit "moteur" dans lequel de l'énergie 15 électrique alimentant la machine 14 électrique tournante est convertie en un couple moteur pour entraîner le rotor en rotation afin de mouvoir le véhicule 10 ; - un deuxième mode dit "générateur" dans lequel le rotor est entraîné en rotation par les roues 12A motrices sous l'effet de 20 l'inertie du véhicule pour produire de l'énergie électrique. Ainsi, en mode "moteur", la machine 14 électrique tournante consomme de l'énergie électrique, tandis qu'en mode "générateur", elle produit de l'énergie électrique. De manière connue, en mode "générateur", un couple "Cr" 25 résistant de freinage récupératif s'oppose à la rotation du rotor, et donc des roues 12A motrices. La valeur du couple "Cr" résistant de freinage récupératif dépend notamment de l'alimentation en électricité du rotor. En effet, plus le champ magnétique induit par le rotor sera puissant, plus le couple "Cr" résistant de freinage 30 récupératif sera important. Le véhicule 10 comporte aussi une unité 21 électronique de commande qui est apte à agir sur l'alimentation en électricité de la machine 14 électrique tournante, notamment du rotor, pour commander la valeur du couple "Cr" résistant de freinage récupératif. Le véhicule 10 comporte en outre des moyens de détermination de la valeur de la déclivité "D" en descente de la route empruntée par le véhicule 10. Les moyens de détermination déterminent la déclivité "D" soit de manière continue, soit de manière cyclique avec une fréquence prédéterminée. Dans l'exemple représenté aux figures, le véhicule 10 est équipé d'un dispositif 22 de reconnaissance automatique des panneaux de signalisation routière. De manière connue, un tel dispositif 22 comporte un appareil de prise de vue, telle qu'une caméra (non représentée), qui est apte à capturer une image de la route en avant du véhicule 10. Le dispositif 22 comporte en outre une unité de traitement électronique qui est susceptible d'analyser l'image pour identifier des panneaux de signalisation routière présents sur le bord de la route. Le système 22 est notamment apte à reconnaître les panneaux annonçant une descente dangereuse. Ces dits panneaux sont régulés par des normes nationales qui doivent être conformes à la convention sur la signalisation routière conclue à Vienne le 8 novembre 1968. Ainsi, selon les normes en vigueur en France, les panneaux de descente dangereuse sont codifiés sous la référence "A16" par les arrêtés des 6 et 7 juin 1977. Un tel panneau signalant la proximité d'une descente dangereuse comporte une inscription indiquant la déclivité "D" de la route, généralement sous forme de pourcentage. Le dispositif 22 de reconnaissance est apte à identifier la déclivité "D" indiquée par le panneau. Le dispositif 22 de reconnaissance fait ainsi parti des moyens de détermination de la déclivité "D" de la route. Les moyens de détermination comportent aussi un capteur 24 de l'assiette du véhicule 10 qui est apte à mesurer l'angle entre l'axe longitudinal du véhicule 10 un plan horizontal orthogonal à la direction de la gravité. De manière connue, un tel capteur 24 est formé par un capteur d'accélération longitudinale du véhicule. Un tel capteur 24 est par exemple utilisé par un dispositif (non représenté) de correction électronique de trajectoire embarqué à bord du véhicule 10. Il s'agit par exemple d'un dispositif de type "Electronic Stability Program", plus connu sous son acronyme "ESP", ou encore d'un dispositif de type "Electronic Stability Control", plus connu sous son acronyme "ESC".

Les moyens de détermination comportent aussi un dispositif 26 électronique de géolocalisation du véhicule, aussi connu sous l'appellation anglo-saxonne "Global Positioning System" ou par son acronyme "GPS". Le dispositif 26 de géolocalisation a accès à un fond cartographique qui est par exemple mémorisé dans un support adéquat, tel qu'une mémoire vive ou une mémoire morte. Le dispositif 26 de géolocalisation a aussi accès à une base de données apte à faire correspondre des informations concernant la déclivité "D" des routes avec les coordonnées géographiques.

Il s'agit par exemple d'une cartographie en trois dimensions qui à chaque point géographique du fond cartographique fait correspondre une altitude. Le dispositif 26 de géolocalisation est ainsi apte à dériver la déclivité "D" de la route dans le sens de la descente en fonction de la différence d'altitude entre deux points distants de la route. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le véhicule 10 comporte ainsi trois moyens de détermination de la déclivité "D" de la route : - le dispositif 22 de reconnaissance automatique des panneaux de signalisation routière ; - le capteur 24 d'assiette du véhicule 10 ; - le dispositif 26 de géolocalisation.

Il est à noter que le dispositif 22 de reconnaissance peut déterminer une augmentation de la déclivité de la route indiquée par un panneau de signalisation. En revanche, il n'existe pas de panneau de signalisation routière pour signaler la fin d'une descente dangereuse. Ainsi, pour déterminer un retour à une déclivité plus faible, voire nulle, l'un des deux autres moyens de détermination de la déclivité doit être utilisé. Le dispositif 22 de reconnaissance automatique des panneaux, le capteur 24 d'assiette et le dispositif 26 de géolocalisation sont aptes à communiquer avec l'unité 21 électronique de commande pour lui transmettre la déclivité "D" de la route aussitôt que celle-ci a été déterminée. La communication est par exemple réalisée de manière filaire ou par radiofréquence. L'invention propose un procédé pour faire varier le couple "Cr" résistant de freinage récupératif en fonction de la déclivité "D" de la route déterminée par les moyens de détermination précédemment décrits. La valeur du couple "Cr" résistant de freinage récupératif est calculée, cycliquement ou continument, par l'unité 21 électronique de commande en fonction de la déclivité "D" déterminée par au moins l'un des moyens 22, 24, 26 de détermination. Sur une route en descente, le véhicule automobile aura tendance à accélérer sous l'effet de la gravité. L'accélération du véhicule sera proportionnelle à la déclivité "D" de la route. Pour éviter au conducteur d'avoir à utiliser les freins conventionnels à frottement, la valeur du couple "Cr" résistant récupératif est calculée de manière à varier dans le même sens que la déclivité "D" déterminée par les moyens de détermination. Ainsi, plus la déclivité "D" est importante, plus le couple "Cr" résistant de freinage récupératif calculé sera élevé. Inversement, lorsque la déclivité "D" diminue, le couple "Cr" résistant de freinage récupératif calculé diminue aussi.

Ceci permet en outre de profiter pleinement de la descente pour recharger la batterie 20 de traction et ainsi augmenter l'autonomie du véhicule 10. Lorsque la déclivité "D" est inférieure à un seuil "Dm" prédéterminé, la valeur du couple résistant de freinage récupératif est égale à une valeur "Crm" minimale prédéterminée. Il s'agit par exemple de la valeur "Crm" qui est appliquée de manière standard aux véhicules 10 ne mettant pas en oeuvre le procédé selon l'invention. Ce seuil "Dm" prédéterminé permet de garantir un freinage identique à celui du frein moteur pour les véhicules à moteur à combustion, même lorsque le véhicule 10 roule sur une route horizontale. Un exemple d'application du procédé est à présent décrit en référence aux figures 2 et 3.

Lors d'une première étape "El" du procédé, au moins l'un des moyens 22, 24, 26 de détermination déterminent la déclivité "D" de la route. Si cette déclivité "D" est inférieure au seuil "Dm" prédéterminé, l'unité 21 électronique de commande fixe le couple "Cr" résistant de freinage récupératif comme étant égal à sa valeur "Crm" minimale. Ceci est visible entre les instants "t0" et "tl" sur les diagrammes des figures 2 et 3. Le procédé est alors réitéré. En revanche, si la déclivité "Dl" déterminée est supérieure au seuil "Dm" prédéterminé, l'unité 21 électronique de commande calcule pour le couple "Cr" résistant de freinage récupératif une nouvelle valeur "Cri" supérieure à la valeur "Crm" minimale, comme représenté entre les instants "tl" et "t2" aux figures 2 et 3.

Si cette dernière condition est satisfaite, une deuxième étape "E2" de commande est déclenchée. La deuxième étape "E2" de commande est poursuivie uniquement lorsque les conditions d'un freinage récupératif sont satisfaites, par exemple lorsque le véhicule roule en marche avant et que le conducteur ne sollicite pas l'accélérateur. Au cours de cette deuxième étape de commande, l'unité 21 électronique de commande agit alors sur l'alimentation en électricité du rotor de la machine 14 électrique tournante afin d'augmenter la puissance du champs magnétique induit pour faire correspondre le couple "Cr" résistant de freinage récupératif réel à la nouvelle valeur "Cr1" calculée par l'unité 21 électronique de commande. Ceci permet d'augmenter la puissance électrique produite par la machine 14 électrique tournante en mode "générateur", tout en freinant la descente du véhicule 10. Le procédé est alors réitéré. Le procédé est réitéré cycliquement avec une fréquence prédéterminée afin d'adapter constamment la valeur du couple "Cr" résistant de freinage récupératif à la déclivité "D" de la route. Lorsque, lors d'une nouvelle itération du procédé, la déclivité "D2" de la route augmente à nouveau, comme c'est le cas entre les instants "t4" et "t5" des figures 2 et 3, l'unité 21 électronique de commande calcule une nouvelle valeur "Cr2" pour le couple "Cr" de freinage récupératif lors de la première étape "El". Ceci permet de profiter pleinement des courbes de la route pour recharger la batterie 20 de traction. Il préférable d'éviter de surprendre le conducteur en faisant varier trop brutalement le couple "Cr" résistant de freinage récupératif. Pour ce faire, la variation du couple résistant "Cr" de freinage récupératif depuis une valeur actuelle vers une nouvelle valeur est commandée de manière progressive depuis la valeur actuelle vers ladite nouvelle valeur. Dans l'exemple représenté aux figures 2, le couple "Cr" 30 résistant de freinage récupératif varie selon une pente prédéterminée, par exemple entre la valeur "Cr1" et la valeur "Cr2" comme cela est visible à partir de l'instant "t4".

On comprendra bien entendu que l'invention est applicable à un véhicule comportant aussi un seul ou une combinaison de deux moyens de détermination de la déclivité. Néanmoins, la multiplicité des moyens de détermination permet d'obtenir un procédé plus fiable qui résiste notamment aux déficiences d'un des moyens de détermination. Le procédé réalisé selon les enseignements de l'invention permet de profiter pleinement des descentes présentent sur le trajet du véhicule pour recharger la batterie de traction et ainsi augmenter l'autonomie du véhicule. En outre, le couple résistant de freinage récupératif est ajusté automatiquement à la déclivité de la route. Ceci permet d'éviter les accélérations inopinées du véhicule sur les descentes dangereuses.

Le niveau d'ajustement est préférentiellement déterminé lors de la conception du véhicule. Avantageusement, le couple résistant peut être augmenté, dans la limite des possibilités physiques du dispositif, afin de respecter une limitation de vitesse provenant, soit du dispositif 26, soit de la reconnaissance d'un panneau de limitation de vitesse par le dispositif 22.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de commande du couple résistant de freinage récupératif d'un véhicule (10) automobile mû par une machine (14) électrique tournante, le véhicule (10) comportant : - la machine (14) électrique tournante qui comporte un stator et un rotor lié en rotation avec au moins une roue (12A) motrice du véhicule, la machine (14) électrique tournante étant susceptible de fonctionner selon un mode dit "générateur" dans lequel le rotor est entraîné en rotation par l'inertie du véhicule pour produire de l'énergie électrique, et dans lequel un couple (Cr) résistant de freinage récupératif s'oppose à la rotation du rotor ; - des moyens (22, 24, 26) de détermination de la déclivité (D) en descente de la route empruntée par le véhicule (10) ; - une unité (21) électronique de commande qui est apte à agir sur la machine (14) électrique tournante pour commander la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif ; caractérisé en ce que la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif est calculée en fonction de la déclivité (D) déterminée par les moyens (22, 24, 26) de détermination.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur du couple (Cr) résistant récupératif est proportionnelle à la déclivité (D) déterminée par les moyens (22, 24, 26) de détermination.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lorsque la déclivité (D) est inférieure à un seuil (Dm) prédéterminé, la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif est égale à une valeur (Crm) minimale prédéterminée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination comportent un dispositif (22) de reconnaissance automatique des panneaux de signalisation annonçant une descente dangereuse.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (22) de reconnaissance est apte à identifier la déclivité (D) indiquée sur un tel panneau de signalisation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que les moyens de détermination comportent un dispositif (26) électronique de géolocalisation du véhicule, tel qu'un "GPS", qui comporte une base de données apte à faire correspondre des informations concernant la déclivité (D) des routes avec les coordonnées géographiques.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination comportent un capteur (24) de l'assiette longitudinale du véhicule qui est apte à mesurer l'angle de l'axe longitudinal du véhicule par rapport à un plan horizontal.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du couple (Cr) résistant de freinage récupératif est calculée cycliquement, et en ce que, lorsqu'une nouvelle valeur du couple résistant de freinage récupératif est calculée, la variation du couple (Cr) résistant de freinage récupératif est commandée de manière à varier progressivement depuis la valeur actuelle vers ladite nouvelle valeur.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le couple (Cr) résistant de freinage récupératif varie selon une pente prédéterminée.