Brevet FR2777231A1 — publié le 19991015

B331.DOC "Procédé d'assistance pour une faible vitesse du moteur thermique d'un véhicule hybride" L'invention concerne un procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation hybride parallèle. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation hybride parallèle qui comporte une transmission accouplée d'une part de façon permanente à un moteur électrique et d'autre part à un moteur thermique par l'intermédiaire d'un embrayage, la transmission fournissant un couple moteur aux roues du véhicule, et du type comportant un module électronique de commande qui, en fonction de la position d'une pédale d'accélérateur, commande le moteur thermique, I'embrayage, et le moteur électrique. On connaît de nombreux procédés de commande concernant la gestion du fonctionnement des moteurs électrique et thermique des véhicules hybrides parallèles. Il s'agit pour la plupart de procédés de commande faisant intervenir les moteurs électrique et thermique selon certaines stratégies de fonctionnement automatiques prédéfinies, commandées par le module électronique du véhicule et laissant au conducteur la possibilité de privilégier certaines stratégies de fonctionnement. Les moteurs électrique et thermique interviennent alors simultanément ou indépendamment suivant les stratégies de fonctionnement. En ce qui concerne les phases de faibles vitesses du véhicule, et notamment la phase de démarrage du véhicule, qui consiste par définition à faire passer le véhicule d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle, les systèmes existants font intervenir uniquement un des deux moteurs. B331.DOC Le document DE-A1-4.436.383 décrit un dispositif dans lequel le procédé de commande du véhicule hybride parallèle peut mettre en oeuvre soit un mode de démarrage électrique, soit selon un mode de démarrage thermique. Le premier mode de démarrage correspond, selon la stratégie sélectionnée par le conducteur, à une stratégie de fonctionnement électrique pure ou à une stratégie de fonctionnement électrique moteur thermique éteint, tandis que le deuxième mode de démarrage correspond à une stratégie de fonctionnement thermique pure, o à une stratégie de rechargement d'une batterie d'accumulateurs. Un problème se pose quant à l'adéquation entre la source de puissance motrice choisie et les performances du véhicule. En effet, le démarrage du véhicule par le moteur électrique, décrit dans le document cité, s'effectue suivant deux phases principales, une première phase consistant à lancer le véhicule avec le moteur électrique, puis à embrayer le moteur thermique initialement à l'arrêt pour le démarrer. Le moteur thermique assure alors la poursuite de l'accélération du véhicule. Outre que cette solution provoque des à-coups de transmission lors du démarrage du moteur thermique, elle implique un surdimensionnement du moteur électrique d'une part, puisqu'il doit simultanément assurer la propulsion du véhicule et le démarrage du moteur thermique, et de l'embrayage d'autre part, car le moteur thermique doit pouvoir transmettre un couple important à la transmission du véhicule une fois qu'il a démarré. Le surdimensionnement du moteur électrique et de l'embrayage conduit à une augmentation des masses préjudiciable aux performances et au coût du véhicule. Le démarrage du véhicule par le moteur thermique décrit dans le document cité est aussi préjudiciable aux B331.DOC performances du véhicule dans la mesure o le moteur thermique doit entraîner le moteur électrique qui est constamment solidaire de la transmission. Outre le fait que l'inertie du moteur électrique ralentit la montée en régime du moteur thermique, elle accroît la durée du patinage de l'embrayage, et par conséquent le temps de réponse du véhicule à une sollicitation de la pédale d'accélérateur par le conducteur. Le problème est similaire pour de faibles vitesses du véhicule. Pour remédier à ces inconvénients, I'invention propose un procédé de commande du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce que, à partir d'un mode de fonctionnement initial dans lequel le moteur thermique est en marche et l'embrayage est débrayé, le module électronique est susceptible de mettre en oeuvre un mode d'assistance à faible vitesse du véhicule, notamment au démarrage, selon lequel les moteurs thermique et électrique sont commandés pour fournir respectivement des couples thermique et électrique suivant une répartition régie par une loi de commande prédefinie, et selon lequel lI'embrayage est simultanément commandé pour être embrayé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le module électronique convertit la position de la pédale d'accélérateur en une valeur de couple total demandé, et il commande le fonctionnement simultané des moteurs thermique et électrique de sorte que la somme des couples fournis par les moteurs thermique et électrique est égale au couple total demandé; - le module électronique comporte des moyens de mesure de la vitesse du véhicule et la compare en permanence à une vitesse de référence prédéfinie au dessus de laquelle le module électronique assure la régulation des couples fournis par les moteurs thermique et électrique de sorte que le couple B33 1.DOC fourni par le moteur thermique augmente jusqu'à atteindre la valeur du couple total demandé au véhicule tandis que le couple fourni par le moteur électrique décroît et s'annule progressivement, la valeur du couple total fourni au véhicule restant égale à la valeur du couple total demandé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe montrant les différents. éléments d'un véhicule hybride fonctionnant suivant l'invention; et - la figure 2 est un organigramme illustrant le déroulement d'un mode d'assistance à faible vitesse du véhicule conformément à l'invention. On voit sur la figure 1 un schéma de principe d'un véhicule hybride 10 utilisant un procédé de commande conforme à l'invention. De manière connue, I'architecture 10 de véhicule hybride parallèle comporte une transmission 12 qui reçoit des couples moteurs en provenance d'une part d'un moteur thermique 14, par l'intermédiaire d'un embrayage 16, et d'autre part d'un moteur électrique 18. La transmission 12 transmet les couples moteurs reçus à des roues 20 du véhicule par I'intermédiaire d'un différentiel 22. De manière connue, le moteur thermique 14 est alimenté en carburant par l'intermédiaire d'un dispositif 24 d'alimentation et le moteur électrique 18 est alimenté par une batterie d'accumulateurs 26 qui transmet une puissance au moteur électrique 18 par l'intermédiaire d'une électronique de puissance 28. B33 I.DOC Un module électronique de commande 30 est susceptible de recevoir des informations en provenance de différents éléments de l'architecture 10 et de tenir compte de certains paramètres fixés par le conducteur du véhicule pour commander le fonctionnement du moteur thermique 14, de l'embrayage 16, et du moteur électrique 18. En effet, le conducteur agit sur le module électronique de commande tout d'abord par l'intermédiaire d'un sélecteur de stratégie 32 qui permet de faire fonctionner le véhicule suivant io au moins trois stratégies: une stratégie électrique pure, une stratégie thermique pure et une stratégie hybride. Par ailleurs, le conducteur agit aussi sur le module électronique de commande 30 par l'intermédiaire d'une pédale d'accélérateur 34 dont la position fournit au module i5 électronique de commande une valeur de couple CDU demandée par l'utilisateur. En tenant compte de ces paramètres dépendant de l'utilisateur, le module électronique de commande est susceptible de commander les différents éléments de I'architecture 10 du véhicule automobile hybride. Ainsi, le module électronique de commande 30 émet en direction du moteur thermique 14 deux commandes principales, d'une part une commande d'état MT qui détermine un état de fonctionnement IMT OU d'arrêt OMT du moteur thermique 14, et d'autre part une commande de couple CMT qui est associée au fonctionnement du dispositif 24 d'alimentation pour réguler le fonctionnement du moteur thermique 14. D'une façon analogue, le module électronique de commande 30 émet à l'intention du moteur électrique 18 une commande d'état ME entre un état de fonctionnement IME et un état d'arrêt OME, et une commande de couple CME associée à B33 1.DOC l'électronique de puissance 28 pour réguler le fonctionnement du moteur électrique 18. Enfin, le module électronique de commande 30 est susceptible d'émettre une commande d'état E pour commander le fonctionnement de l'embrayage 16 entre un état embrayé IE et un état débrayé OE Par ailleurs, le module électronique de commande 30 est susceptible de recevoir une information relative à la vitesse du véhicule par l'intermédiaire d'un capteur de vitesse io 36 qui délivre au module électronique de commande une valeur V proportionnelle à la vitesse du véhicule. L'organigramme de la figure 2 illustre la mise en oeuvre d'un procédé de commande d'assistance à faible vitesse, et notamment au démarrage, conformément à l'invention en utilisant l'architecture 10 précédemment décrite. Le véhicule hybride fonctionne à une faible vitesse dans une configuration initiale dans laquelle le moteur thermique 14 est en marche, le moteur électrique 18 est à l'arrêt et l'embrayage 16 est débrayé. Cette configuration est celle d'un véhicule initialement arrêté ou roulant lentement dans un embouteillage. Le module électronique de commande associe donc la valeur IMT au paramètre d'état MT du moteur thermique 14, la valeur OMT au paramètre d'état ME du moteur électrique 18 et la valeur OE au paramètres d'état E de l'embrayage 16. Partant de cette configuration, le module électronique de commande 30 compare la valeur du couple CDU, demandé par l'utilisateur, à la valeur nulle. Si la valeur du couple CDU demandé par l'utilisateur est nulle, le module électronique de commande 30 reste en veille jusqu'à ce que la valeur de CDU ne soit plus nulle, comme l'indique la flèche de retour dans la configuration initiale. Si la valeur CDU du couple demandé par l'utilisateur est non nulle, le module électronique de commande B331.DOC associe la valeur IMT au paramètre d'état MT du moteur thermique 14, la valeur IME au paramètre d'état ME du moteur électrique 18 et la valeur IE au paramètre d'état E de l'embrayage 16, pour commander le fonctionnement simultané du moteur thermique 14, du moteur électrique 18 et de l'embrayage 16. Le module électronique 30 assure alors une régulation des couples auxquels est soumis le véhicule. En effet, le module électronique de commande 30 agit io sur le dispositif 24 d'alimentation du moteur thermique 14 et sur l'électronique de puissance 28 du moteur électrique 18 de sorte que la somme du couple CMT fourni par le moteur thermique 14 et du couple CME fourni par le moteur électrique 18 soit égale au couple CDU demandé par l'utilisateur. Les couples CMT et CME sont répartis de façon prédéfinie de sorte que le couple CT soit proportionnel au couple CE à raison d'un coefficient a qui est régi par une loi de commande commandée par le module électronique 30. La loi de commande peut associer au coefficient a une valeur constante, ou une valeur variable dépendant par exemple du temps écoulé depuis que la valeur du couple CDU est devenue non nulle, ou dépendant de la vitesse du véhicule. Le coefficient a définit une quote-part de couple à fournir pour chaque moteur, cette quote-part étant uniquement associée au démarrage. Aussi, le couple total fourni au véhicule CMT + CME est-il inférieur au couple CDU demandé par l'utilisateur tant que l'embrayage 16 patine pendant la montée en régime du moteur thermique 14, le moteur thermique 14 fournissant une réponse aux ordres du module électronique 30 comparativement plus lente que celle du moteur électrique 18. Toutefois, la phase de patinage est très courte et de l'ordre de la demi seconde. B33 I.DOC Le module électronique 30 compare en permanence la vitesse du véhicule V à une vitesse de référence Vr,éf prédefinie. Cette vitesse Vréf est choisie de façon à ce que quelles que soient les configurations d'évolution du véhicule, I'embrayage ne patine jamais à cette vitesse. Lorsque la période de patinage de l'embrayage 16 est terminée, que le moteur thermique 14 et le moteur électrique 18 fournissent un couple CMT + CME égal au couple CDU demandé par l'utilisateur, et que V est inférieure à Vréf, le module électronique 30 io maintient le système dans l'état précédemment décrit. Dans une deuxième phase du procédé 'de commande, lorsque la vitesse du véhicule V est supérieure à la vitesse de référence Vr,éf, le module électronique 30 abandonne la loi de commande de couple précédemment décrite et modifie la répartition de couple entre les couples fournis par le moteur thermique CMT et le couple fourni par le moteur électrique CME, de sorte que le couple CMT tende vers le couple CDU demandé par l'utilisateur et que le couple fourni par le moteur électrique CME décroisse jusqu'à s'annuler. Tant que le couple CME fourni par le moteur électrique n'est pas nul, le module électronique de commande maintient le système dans l'état précédemment décrit, le paramètre d'état ME du moteur électrique gardant la valeur IME, le paramètre d'état E de l'embrayage gardant la valeur IE, le couple thermique CMT allant croissant et le couple électrique CME allant décroissant. Dans cette deuxième phase transitoire, le couple CME du moteur électrique s'ajuste donc en permanence à une valeur CDU - CMT de sorte que le couple total reste égal à CDU Par ailleurs, le module électronique de commande compare toujours dans cette deuxième phase la vitesse V du véhicule à la vitesse de référence Vréf et est susceptible de commander un retour du véhicule à un fonctionnement défini B33 I.DOC dans la première phase, comme l'indique la flèche de retour de la figure 2. Lorsque le couple électrique CME est nul, le module électronique 30 affecte la valeur OME au paramètre d'état ME du moteur électrique 18 tout en maintenant les paramètres d'état MT et E respectivement associés au fonctionnement du moteur thermique 14 et de l'embrayage 16 aux valeurs respectives IMT et IE Le couple fourni par le moteur thermique CMT est alors io égal au couple demandé par l'utilisateur CDU. Le module électronique 30 n'est alors plus dans un mode d'assistance à faible vitesse du véhicule hybride, mais dans un mode de fonctionnement thermique. Le véhicule peut être alors amené à fonctionner i5 conventionnellement en mode hybride pour une vitesse supérieure à Vréf, lorsque par exemple le conducteur a besoin d'un appoint de puissance, comme c'est le cas par exemple lors d'une forte accélération. Toutefois, si la vitesse V du véhicule redevient inférieure à Vréf, le module de commande 30 commande de nouveau un fonctionnement comme celui décrit dans la première phase. Ce procédé de commande et de démarrage est particulièrement avantageux car, du fait de l'assistance du moteur électrique 18 par le moteur thermique 14, il permet de réduire le dimensionnement du moteur électrique 18, et de l'embrayage 16. En effet, dans un véhicule hybride parallèle conventionnel o le moteur thermique assure la phase de relance du véhicule à faible vitesse, I'embrayage est nécessairement dimensionné de façon importante de manière à pouvoir transmettre des couples importants. D'une façon analogue, dans un véhicule hybride parallèle conventionnel B331.DOC pour lequel le moteur électrique assure la phase de relance à faible vitesse, le moteur électrique est nécessairement surdimensionné de façon à pouvoir fournir un couple important à la transmission du véhicule. En utilisant simultanément le moteur thermique 14 et le moteur électrique 18, I'architecture 10 décrite permet de limiter le couple CMT transmis à l'embrayage 16 par le moteur thermique 14 d'une part, et de limiter le couple CME que doit fournir le moteur électrique 18 d'autre part. Le couple subi par io l'embrayage d'un véhicule doté d'un tel procédé de commande est alors comparable au couple subi par l'embrayage d'un véhicule thermique conventionnel roulant dans une descente. De fait, un dimensionnement réduit des éléments mécaniques est envisageable et permet un gain de poids considérable qui va dans le sens d'une amélioration des performances du véhicule. Réciproquement, I'assistance du moteur thermique 14 par le moteur électrique 18 présente l'avantage de réduire la durée des phases de patinage de l'embrayage 16 et le véhicule parvient plus rapidement à un état de régime établi dans lequel le moteur thermique 14 et le moteur électrique 18 participent à la propulsion du véhicule. Cette configuration est particulièrement avantageuse dans le cas d'un démarrage du véhicule en forte charge, comme c'est le cas par exemple lorsque le véhicule est lourdement chargé ou lorsqu'il démarre en côte. En outre, I'interaction du moteur thermique 14 et du moteur électrique 18 influe favorablement sur le rendement global de la chaîne de traction. En effet, les deux moteurs 14 et 18 participant au démarrage, le moteur thermique 14 consomme moins de carburant et le véhicule est moins polluant. B331 DOC l L'interaction du moteur thermique 14 et du moteur électrique 18 permet aussi de modifier les rapports de réduction de la transmission 12. Le moteur électrique 18 étant susceptible de fournir un couple important à la transmission du véhicule, il devient superflu d'utiliser un rapport de réduction important qui privilégie habituellement sur un véhicule conventionnel les couples importants au détriment de la vitesse de rotation. On peut donc, dans le cas d'un véhicule utilisant une boîte de vitesses conventionnelle rapprocher les io rapports de multiplication, voire en diminuer le nombre. Ainsi, un premier rapport de marche avant tel qu'il est connu et destiné à permettre pour de faibles vitesses de rotation de transmettre un couple important à la transmission peut être supprimé, le moteur électrique fournissant dès lors un couple suffisant au démarrage ou aux faibles vitesses du véhicule. Enfin, le moteur thermique pouvant couvrir une large plage de régimes d'une part, et le moteur électrique pouvant couvrir une large plage de couples d'autre part, la transmission peut comporter un nombre de rapports restreint et même être réduite à un simple réducteur. B331.DOC REVENDICATIONS 1. Procédé de commande pour un véhicule automobile à motorisation hybride parallèle qui comporte une transmission (12) accouplée d'une part de façon permanente à un moteur électrique (18) et d'autre part à un moteur thermique (14) par l'intermédiaire d'un embrayage (16), la transmission (12) fournissant un couple moteur aux roues (20) du véhicule, et du type comportant un module électronique (30) de commande i0 qui, en fonction de la position d'une pédale d'accélérateur (34), commande le moteur thermique (14), I'embrayage (16), et le moteur électrique (18), caractérisé en ce que, à partir d'un état initial dans lequel le moteur thermique (14) est en marche et l'embrayage s (16) débrayé, le module électronique (30) est susceptible de mettre en oeuvre un mode d'assistance à faible vitesse du véhicule, notamment au démarrage, selon lequel les moteurs thermique (14) et électrique (18) sont commandés au moins pendant une première phase pour fournir respectivement des couples thermique (CMT) et électrique (CME) suivant une répartition (a) régie par une loi de commande prédéfinie, et selon lequel l'embrayage (16) est simultanément commandé pour être embrayé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module électronique (30) convertit la position de la pédale d'accélérateur (34) en une valeur de couple (CDU) total demandé, et en ce que le module électronique (30) commande le fonctionnement simultané des moteurs thermique (14) et électrique (16) de sorte que la somme (CMT + CME) des couples fournis par les moteurs thermique 14 et électrique 16 soit égale au couple total demandé (CDu). B331.DOC 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module électronique (30) comporte des moyens de mesure de la vitesse (V) du véhicule et la compare en permanence à une vitesse de référence (Vréf) prédefinie au dessus de laquelle le module électronique (30) assure dans une deuxième phase la régulation des couples (CMT, CME) fournis par les moteurs thermique (14) et électrique (18) de sorte que le couple (CMT) fourni par le moteur thermique(14) augmente jusqu'à atteindre la valeur du couple total (CDu).demandé au véhicule tandis que le couple (CME) fourni par le moteur électrique (18) décroît et s'annule progressivement, la valeur du couple total (CMT + CME) fourni au véhicule restant égale à la valeur du couple total (CDU) demandé.