FR3079802A1 - Systeme de commande pour vehicule hybride - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur un système de commande d'un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant un premier moteur, thermique, un second moteur, électrique, et une batterie d'alimentation du second moteur, le système de commande orchestrant la récupération de l'énergie cinétique lors d'une phase de décélération, énergie cinétique qui est convertie en énergie électrique fournie à ladite batterie pour la recharger, le système de commande étant remarquable en ce qu'il est programmé pour permettre la transmission de l'énergie de la décélération à la batterie uniquement lorsque le taux de charge de la batterie est inférieur ou égal à une première valeur seuil (si) donnée, ladite valeur seuil (si) étant strictement inférieure à 100% du taux de charge de la batterie. L'invention porte également sur un véhicule automobile muni d'un tel système de commande.

Description

SYSTEME DE COMMANDE POUR VEHICULE HYBRIDE
L’invention a trait au domaine de la gestion de la puissance électrique dans un véhicule hybride et plus particulièrement à la stratégie de recharge d’une batterie à partir de la récupération de l’énergie cinétique lors d’une phase de décélération.
Le document de brevet publié DE 103 46 213 A1 divulgue un procédé de régulation de l’état de charge d’un accumulateur d’énergie sur un véhicule hybride, comportant un moteur à combustion interne et au moins un moteur électrique, couplés en parallèle. Il convient d’y maintenir la batterie chargée au moins à un certain seuil. Lorsque l’état de charge baisse en-dessous de ce seuil, le moteur électrique fonctionne en générateur, entraîné par le moteur thermique, afin de recharger la batterie. Ce document divulgue un système où le seuil de charge de l’accumulateur (SOC pour « state of charge » en anglais) est régulé en fonction de la vitesse du véhicule afin d’éviter de maintenir inutilement l’état de charge de la batterie haut, lorsque la probabilité d’un freinage ou d’une décélération est grande (/.e. à haute vitesse). Il s’agit là d’un seuil minimum de charge qui est contrôlé en permanence, afin que la batterie puisse délivrer l’énergie nécessaire en cas de besoin. Indépendamment du seuil minimum, il peut arriver que la batterie soit pleine, quelque soit la vitesse du véhicule. Dans ce cas, les fonctions du véhicule dites d’agrément qui peuvent utiliser un courant négatif ne sont plus disponibles.
L’invention a pour objectif de pallier cet inconvénient de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer un système de commande du groupe motopropulseur et un véhicule, qui permettent en toutes circonstances de délivrer un courant négatif aux organes qui le nécessite.
L’invention a pour objet un système de commande d'un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant un premier moteur, thermique, un second moteur, électrique, et une batterie d’alimentation du second moteur, le système de commande orchestrant la récupération de l’énergie cinétique lors d’une phase de décélération, énergie cinétique qui est convertie en énergie électrique fournie à ladite batterie pour la recharger, le système de commande étant remarquable en ce qu’il est programmé pour permettre la transmission de l’énergie de la décélération à la batterie uniquement lorsque le taux de charge de la batterie est inférieur ou égal à une première valeur seuil donnée, ladite valeur seuil étant strictement inférieure à 100% du taux de charge de la batterie.
La conversion de l’énergie cinétique vers la batterie est réalisée par des moyens connus, que ce soit lors d’une phase de décélération lorsque le pied du conducteur est levé de l’accélérateur ou lorsque le conducteur freine.
La limitation de la charge à une valeur seuil donnée est effectuée par des moyens appropriés, i.e. dérivation vers des circuits de dissipation, ouverture du circuit d’alimentation de la batterie, etc.
Le système de commande comprend des capteurs permettant de mesurer à chaque instant le niveau de charge de la batterie. Le niveau de charge ou le taux de charge est le ratio ou la quantité, à un instant donné, de charge de la batterie par rapport à sa capacité de charge totale. Le taux de charge est exprimé en pourcentage, compris entre 0 et 100%.
Selon un mode avantageux de l’invention, une seconde valeur seuil est définie, inférieure à la première valeur seuil, et la part de l’énergie cinétique récupérée qui est transmise à la batterie décroît progressivement entre la deuxième valeur seuil et la première valeur seuil.
Ainsi, le système de commande est programmé pour que, lorsque le taux de charge se situe en-dessous du second seuil, toute l’énergie cinétique qui est récupérée soit envoyée à la batterie ; au-dessus du second seuil, l’énergie cinétique ne soit pas envoyée à la batterie ; et lorsque le taux de charge est compris entre le second seuil et le premier seuil, la part d’énergie cinétique transmise soit comprise entre 100% et 0%, le système de commande réduisant progressivement cette part en se rapprochant du premier seuil.
Selon un mode avantageux de l’invention, la première valeur seuil est comprise entre 80 et 99% de la capacité de charge maximale de la batterie, et est préférentiellement de 95%, et/ou la seconde valeur seuil est comprise entre 70 et 95% de la capacité de charge maximale de la batterie, et est préférentiellement de 90%.
Selon un mode avantageux de l’invention, la part d’énergie cinétique qui est transmise à la batterie décroît principalement linéairement entre la deuxième valeur seuil et la première valeur seuil et la décroissance est éventuellement lissée au voisinage des valeurs seuil. Ainsi, le système de commande contrôle linéairement la part d’énergie cinétique rechargeant la batterie.
Alternativement, une décroissance exponentielle ou parabolique peut aussi être employée.
L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant un premier moteur, thermique et un second moteur, électrique, et une batterie d’alimentation du second moteur, remarquable en ce qu’il comprend un système de commande selon l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus.
Selon un mode avantageux de l’invention, le véhicule comprend une boîte de vitesse accouplée au moteur électrique et le système de commande est programmé pour que, lors d’un changement de rapport de boîte de vitesse un couple négatif soit appliqué au moteur électrique, en utilisant une portion de la charge disponible de la batterie.
Un couple négatif est un couple de sens inverse à un couple généré par le moteur électrique lorsqu’il est alimenté en courant positif. Par convention, un courant positif est un courant qui entraîne le moteur de sorte à ce que le véhicule soit entraîné en marche avant. Ainsi, un couple négatif tend à ralentir le moteur électrique.
L’application d’un couple négatif au moteur électrique permet d’améliorer le temps de changement de rapport car la synchronisation du moteur électrique et de l’axe de sortie de boîte est plus rapide.
La « charge disponible » est le reliquat disponible entre le taux de charge à un instant donné et 100%. En limitant le taux de charge à une valeur seuil, la charge disponible (lorsque la batterie a été chargée) est donc égale à la différence entre 100% et la valeur seuil. Une portion de cette charge disponible peut être utilisée par les organes nécessitant un courant négatif, comme par exemple le moteur électrique lors d’un changement de rapport.
Selon un mode avantageux de l’invention, la portion de la charge disponible utilisée pour appliquer le couple négatif au moteur électrique est comprise entre 0.05% et 0.15%, et est préférentiellement de 0.1%.
De manière générale, le choix de la première valeur seuil et de la portion délivrée lors d’un changement de rapport seront tels qu’au moins 1000 changements de rapport sont possibles avant que toute la charge disponible ne soit consommée. Ceci permet de ne jamais être dans une situation où toute la charge disponible est consommée, et aussi éventuellement d’utiliser la charge disponible à d’autres fins.
Selon un mode avantageux de l’invention, le véhicule comprend des organes mécaniques transmettant le couple moteur aux roues motrices formant une chaîne de traction et un système d’amortissement des oscillations de la chaîne de traction, le système de commande étant programmé pour délivrer au système d’amortissement un couple négatif issu d’une portion de la charge disponible de la batterie.
Ceci peut s’opérer de manière passive, la batterie servant d’amortisseur au couple appliqué sur l’arbre du moteur électrique, ou de manière active, avec des capteurs appropriés sur les arbres et un amortissement actif par l’application d’un courant négatif très bref sur le moteur électrique.
Selon un mode avantageux de l’invention, le véhicule comprend des moyens de sélection du mode de conduite, la première et/ou la seconde valeur seuil du système de commande dépendant du mode de conduite sélectionné par le conducteur.
Ainsi, le véhicule peut comprendre, s’en y être limité, un mode « sport », un mode « économique », et un mode « hiver ». Par exemple, le mode « sport » privilégiera les changements de rapport brefs avec un courant négatif important appliqué au moteur thermique lors d’un changement de rapport. Le mode « économique » privilégiera la récupération de l’énergie cinétique. Le mode « hiver » privilégiera la souplesse de conduite avec des changements de rapport plus lents et un maximum de traction sur l’entraînement des roues.
Selon un mode avantageux de l’invention, le premier moteur et le second moteur sont placés en série et le système de commande contrôle l’ouverture ou la fermeture d’un embrayage couplant les deux moteurs.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’un seuil maximum de charge est permis à la batterie, laissant une charge disponible qui peut être utile pour alimenter en courant négatif certains organes du véhicule, notamment pour l’agrément de conduite.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels :
- La figure 1 décrit un véhicule selon l’invention ;
- Les figures 2 à 4 décrivent le fonctionnement d’un système de commande sans limitation de la charge de la batterie ;
- Les figures 5 à 7 décrivent le fonctionnement d’un système de commande selon l’invention.
La figure 1 décrit schématiquement un véhicule 1 selon l’invention. Le véhicule comprend quatre roues 2, dont deux sont motrices (les roues arrière ou les roues avant), entraînées par des moyens d’entraînement 3 (notamment des cardans). Ces moyens 3 sont couplés à une boîte de vitesse 4 entraînée par un moteur électrique
5. Un moteur thermique 6 est monté en série avec le moteur électrique 5 et ceux-ci sont accouplés par un embrayage 7. Un système de commande 8 selon l’invention est prévu. Celui-ci contrôle la quantité d’énergie distribuée à une batterie 9 d’alimentation du moteur 5. Le système de commande peut également opérer l’embrayage 7, et contrôler le moteur électrique 5.
Les figures 2 à 7 comprennent chacune trois graphiques équivalents (figures 2, 3, 4 d’une part et figures 5, 6, et 7 d’autre part).
Les figures 2 à 4 montrent la situation lorsqu’aucune limite de charge n’est imposée à la batterie.
La figure 2 décrit la puissance de recharge de la batterie qui est disponible en fonction de son taux de charge (SOC pour « state of charge » en anglais). Dans cet exemple, la puissance maximale, représentée par la courbe 20 est de 100 kW. La puissance que l’on peut arbitrairement accorder à la phase de décélération, représentée par la courbe 21, est de 95 kW. Les deux puissances sont constantes jusqu’à l’approche de 100% de charge de la batterie car aucune limite ne leur est imposée. Une fois la batterie pleinement chargée, il n’y a plus de puissance de recharge disponible et ces courbes tombent donc à zéro.
La figure 3 représente, en fonction du temps, une phase de recharge de la batterie. La courbe 22 est le taux de charge de la batterie qui croît progressivement puis se stabilise à 100%. Les courbes 23 et 24 correspondent aux courbes 20 et 21 de la figure 2, sauf qu’elles sont ici en fonction du temps. Une fois que la batterie atteint 100% de charge, la puissance de recharge délivrable est nulle.
La figure 4 illustre une phase de changement de rapport lorsque la batterie est au maximum de sa charge, c’est-à-dire à 100% de charge. Le véhicule est dans cet exemple en phase de décélération. La courbe 25 décrit le régime moteur du moteur électrique. Le régime décroît en décélération. A l’instant ti, le conducteur ou la boîte automatique effectue un changement de rapport de boîte de la deuxième vitesse à la troisième. Le changement s’opère, comme représenté par la courbe 26, durant un intervalle de temps compris entre ti et t2. En t2, la troisième vitesse est verrouillée. La courbe 27, constante et nulle, illustre le couple négatif qui peut être appliqué par la batterie. Comme la charge de la batterie disponible est nulle, aucun courant négatif ne peut être appliqué.
La figure 5 décrit la puissance de recharge de la batterie qui est disponible en fonction de son taux de charge. Dans cet exemple, la puissance maximale, représentée par la courbe 30 est de 100 kW. La puissance que l’on accorde à la phase de décélération, représentée par la courbe 31, est de 95 kW jusqu’au deuxième seuil noté S2. Au-delà de S2, on limite la recharge de la batterie progressivement jusqu’à la valeur du premier seuil si. Dans cet exemple, S2 = 90%, s-i=95%, et la progression est sensiblement linéaire, avec une courbure au voisinage des deux seuils pour éviter de potentiels à-coups. Ainsi, le « frein moteur » sur le levé de pied disparaîtra progressivement avec la charge de la batterie.
La figure 6 représente, en fonction du temps, une phase de recharge de la batterie. La courbe 32 est le taux de charge de la batterie qui croît progressivement puis se stabilise à 95%, c’est-à-dire la première valeur seuil. Les courbes 33 et 34 correspondent aux courbes 30 et 31 de la figure 5, sauf qu’elles sont ici en fonction du temps, et comme le taux de charge de la batterie n’atteint pas 100%, la courbe 33 reste constante à 100kW (contrairement à la courbe 30 sur la figure 5).
La figure 7 illustre une phase de changement de rapport lorsque la batterie est au maximum de sa charge, c’est-à-dire à 95% de charge. Le véhicule est dans cet exemple en phase de décélération. La courbe 35 décrit le régime moteur du moteur électrique. Le régime décroît en décélération. A l’instant ti, le conducteur ou la boîte automatique effectue un changement de rapport de boîte de la deuxième vitesse à la troisième. Le changement s’opère, comme représenté par la courbe 36, durant un intervalle de temps compris entre ti et ts. En ts, la troisième vitesse est verrouillée. La courbe 37 illustre le couple négatif qui peut être appliqué par la batterie, car celleci dispose d’une réserve disponible de charge. La courbe 37 est donc négative, par exemple parabolique, entre ti et ts. Pour matérialiser la rapidité du changement de rapport par comparaison avec la figure 4, l’instant ts est aussi représenté sur la figure

Claims (10)

  1. Revendications
    1. Système de commande (8) d'un groupe motopropulseur pour véhicule automobile (1) comprenant un premier moteur (6), thermique, un second moteur (5), électrique, et une batterie (9) d’alimentation du second moteur, le système de commande (8) orchestrant la récupération de l’énergie cinétique lors d’une phase de décélération, énergie cinétique qui est convertie en énergie électrique fournie à ladite batterie (9) pour la recharger, le système de commande (8) étant caractérisé en ce qu’il est programmé pour permettre la transmission de l’énergie de la décélération à la batterie (9) uniquement lorsque le taux de charge de la batterie (9) est inférieur ou égal à une première valeur seuil donnée (si), ladite valeur seuil (si) étant strictement inférieure à 100% du taux de charge de la batterie (9).
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une seconde valeur seuil (S2) est définie, inférieure à la première valeur seuil (si), et en ce que la part de l’énergie cinétique récupérée qui est transmise à la batterie (9) décroît progressivement entre la deuxième valeur seuil (S2) et la première valeur seuil (si).
  3. 3. Système selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première valeur seuil (si) est comprise entre 80 et 99% de la capacité de charge maximale de la batterie, et est préférentiellement de 95%, et/ou la seconde valeur seuil (S2) est comprise entre 70 et 95% de la capacité de charge maximale de la batterie, et est préférentiellement de 90%.
  4. 4. Système selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la part d’énergie cinétique qui est transmise à la batterie (9) décroît principalement linéairement entre la deuxième valeur seuil (S2) et la première valeur seuil (si) et la décroissance est éventuellement lissée au voisinage des valeurs seuil (si, s2).
  5. 5. Véhicule automobile (1) comprenant un premier moteur (6), thermique et un second moteur (5), électrique, et une batterie (9) d’alimentation du second moteur (5), caractérisé en ce qu’il comprend un système de commande (8) selon l’une des revendications 1 à 4.
  6. 6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le véhicule comprend une boîte de vitesse (4) accouplée au moteur électrique (5) et le système de commande (8) est programmé pour que, lors d’un changement de rapport de boîte de vitesse (4) un couple négatif soit appliqué au moteur électrique (5), en utilisant une portion de la charge disponible de la batterie (9).
  7. 7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion de la charge disponible utilisée pour appliquer le couple négatif au moteur électrique (5) est comprise entre 0.05% et 0.15%, et est préférentiellement de 0.1%.
  8. 8. Véhicule selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend des organes mécaniques transmettant le couple moteur aux roues motrices formant une chaîne de traction et un système d’amortissement des oscillations de la chaîne de traction, le système de commande (8) étant programmé pour délivrer au système d’amortissement un couple négatif issu d’une portion de la charge disponible de la batterie (9).
  9. 9. Véhicule selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de sélection du mode de conduite, la première et/ou la seconde valeur seuil (si, S2) du système de commande (8) dépendant du mode de conduite sélectionné par le conducteur.
  10. 10. Véhicule selon l’une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le premier moteur (6) et le second moteur (5) sont placés en série et le système de commande (8) contrôle l’ouverture ou la fermeture d’un embrayage (7) couplant les deux moteurs (5, 6).
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