Brevet FR2801253A1 — publié le 20010525

PROCEDE RECUPERATION D'ENERGIE SUR UN VEHICULE EN DECELERATION La présente invention se rapporte à la gestion des transferts d'énergie entre le moteur thermique et l'accumulateur d'un véhicule routier. Plus précisément, elle a pour objet une stratégie de récupération d'énergie électrique dans l'accumulateur d'un véhicule pendant ses phases décélération. Cette invention, s'applique sur un véhicule équipé d'un moteur thermique et d'une transmission automatique ou automatisée, telle qu' boîte de vitesses robotisée, une boîte de vitesses automatique à train épicyclôidal convertisseur de couple, ou encore un variateur ou transmission continûment variable (CVT). Sur un véhicule routier de type connu, lorsque l'accélérateur est complètement relâché ( pied levé ), l'injection est maintenue à un niveau minimal, voire coupée, si certaines conditions relatives à la température de refroidissement, au rapport de vitesse engagé, au régime moteur, et à sa diminution sont remplies. La décélération du véhicule lors du relâchement de la pédale d'accélérateur, est due notamment aux pertes aérodynamiques, à la résistance au roulement, au frein moteur, etc..., et le cas échéant à la puissance dissipée dans les freins et prélevée par l'alternateur. En situation de décélération pied levé , la puissance mécanique prélevée par l'alternateur du véhicule, n'entraîne pas de consommation de carburant. Pour augmenter la quantité d'énergie emmagasinée dans l'accumulateur situation de décélération pied levé , il peut sembler judicieux de faire générer temporairement à l'alternateur, une puissance supérieure à puissance consommée simultanément par les équipements électriques du véhicule, mais ceci entraîne obligatoirement une décélération supplémentaire. Pour augmenter la puissance récupérée par l'alternateur, sans imposer une décélération trop brusque, il a déjà été proposé de diminuer le frein moteur, en vue de compenser le freinage imposé par l'augmentation la puissance générée par l'alternateur. La publication US 5899 828 propose de mettre en oeuvre une stratégie de ce type. Toutefois, cette stratégie repose sur une commande individuelle et indépendante des soupapes, et application est donc de fait limitée au cas d'un moteur camless . Par ailleurs, ce document ne prévoit pas de contrôler la capacité du générateur électrique à compenser la réduction de frein moteur effectuée par la commande des soupapes, car il concerne exclusivement des véhicules hybrides , disposant par principe de fortes capacités de génération électrique, et il ne prend pas en considération la consommation instantanée des équipements électriques, car, dans le véhicule concerné, le générateur n'alimente pas directement ces accessoires. Cette publication a pour principal inconvénient qu'elle ne prévoit de s'assurer, ni que la capacité du générateur est suffisante pour compenser la réduction de frein moteur, ni que cette compensation n'est pas diminuée temporairement par la consommation de puissance électrique au sein des équipements électriques. Les capacités de frein moteur du véhicule risquent donc d'être dégradées, si l'on se trouve dans l'impossibilité de compenser totalement la réduction effective de celui-ci, soit par ce que le générateur aurait structurellement une capacité insuffisante pour assurer entièrement cette compensation en toutes circonstances, soit par ce que les équipements électriques auraient, momentanément ou non, une consommation excessive. La présente invention vise à optimiser la récupération d'énergie lorsque l'accélérateur est complètement relâché, tout en maîtrisant la décélération du véhicule par frein moteur. Elle propose dans ce but que la diminution du frein moteur soit obtenue en diminuant le rapport de réduction de la transmission. De préférence, la transmission établit un rapport de démultiplication qui permet de réduire le frein moteur d'une valeur Précupm correspondant à la puissance mécanique qui peut être récupérée dans l'accumulateur du véhicule. Selon un premier mode de réalisation de l'invention la puissance mécanique récupérable Précupm est égale à la moins élevée des trois grandeurs suivantes - la puissance Pfrmat correspondant à la réduction maximale de frein moteur qui peut être obtenue en diminuant le rapport réduction de la transmission, - la différence entre les puissances mécaniques Paitmaxm et Paltaccm absorbées respectivement par l'alternateur pour générer sa puissance maximale Paitmax, et pour alimenter tous les équipements électriques, et - la puissance mécanique Pa umaf absorbée par l'alternateur pour générer la puissance maximale Pa umax qui peut être chargée dans l'accumulateur. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la puissance mécanique récupérable Précupm est la puissance libérable par réduction de frein moteur sur les rapports supérieurs de la transmission, qui se rapproche le plus par défaut d'une puissance limite Précup,. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe illustrant la mise en aeuvre de I invention sur un véhicule, et la figure 2 est un diagramme fonctionnel de l'invention. Le périmètre concerné par l'invention inclut les éléments mentionnés sur figure 1: le moteur thermique 1 du véhicule, une transmission automatique (ou automatisée) 2, telle qu'une boîte robotisée (BVR), une boîte de vitesses automatique à rapports étagés comportant un train épicyclôidal et convertisseur de couple, ou encore une transmission ' variation continue (CVT). Ce périmètre inclut également la batterie principale 3 du véhicule, par exemple une batterie à plomb, et un accumulateur électrique , ou accumulateur de puissance 4, connecté au réseau de bord. Pour mettre en oeuvre l'invention, l'accumulateur 4 a nécessairement une puissance de charge nettement plus élevée que celle des batteries au plomb utilisés habituellement dans les véhicules particuliers. II peut avantageusement être constitué par un supercondensateur , ou une batterie du type Li-ion . L'alternateur 6, devra également être plus puissant ceux des véhicules actuels, comme c'est le cas sur les systèmes émergeants, dit ADIVI regroupant l'alternateur et le démarreur avec le volant d'inertie. Toutefois, l'utilisation d'un alternateur classique n'est pas exclue, bien que dans cas, la puissance récupéré soit moindre. Le râteau 7 vise, sans distinction, l'ensemble des consommateurs d'électricité du véhicule. La pédale d'accélérateur 8 est obligatoirement équipée d'un capteur de position pied levé (non représenté). Enfin, l'unité de commande, ou superviseur , 9 intégrant les stratégies de commandes nécessaires à la mise en aeuvre du procédé de récupération d'énergie proposé par l'invention, pilote l'alternateur (ou l'alterno-démarreur) 6, ainsi que la charge Ici décharge l'accumulateur de puissance 4, et détermine la puissance électrique consommée par les équipements 7. Conformément à l'invention, la compensation de la diminution du frein moteur qui souhaitée, est obtenue en diminuant la réduction de vitesse entre l'arbre moteur et les roues, c'est à dire en augmentant le rapport de démultiplication de la transmission, ce qui a pour effet de diminuer les pertes par frottement et par compression dans le moteur. Comme indiqué plus haut, mesures s'appliquent aussi bien dans le cas d'un variateur d'une transmission automatique à rapports discrets. Toutefois, selon que les rapports transmission varient de façon continue ou discontinue, on peut distinguer deux modes de réalisation distincts de l'invention. En référant à la figure 2, la stratégie mise en oeuvre peut par exemple être la suivante. Lorsque l'accélérateur 7 est relâché (étape 1), le superviseur capte cette information. La transmission 2 calcule la puissance PfrR,ot (étape 2), qui correspond à la réduction maximale de frein moteur possible en diminuant le rapport de réduction de la transmission, ce qui revient à augmenter le rapport de démultiplication de la transmission. Pfr,ot est transmise au superviseur 9. Celui-ci dispose de moyens pour déterminer la puissance maximale Pait,,L, (étape 3) qui peut être générée par l'alternateur. Pour ce calcul, il peut se baser sur des cartographies établies en fonction du régime de rotation de l'alternateur, de sa température, etc... Le superviseur détermine également PQitmaxm. puissance mécanique absorbée par l'alternateur 6 pour générer PQitm,,,,, ainsi que PQitQ , puissance générée par l'alternateur pour alimenter les accessoires et, le cas échéant, recharger la batterie principale 3. Pa,ta peut par exemple être déterminée par des mesures de courant et de tension. Soit la puissance mécanique absorbée par l'alternateur pour générer Paltaaa. II détermine également la puissance maximale Paccumax qui peut être chargée dans l'accumulateur de puissance 4, et Paccumaxm, la puissance mécanique absorbée par l'alternateur pour générer Paccumax.. Le calcul de Paccumax (Paccumax = 0 si l'accumulateur est complètement chargé), dépend de la technologie de l'accumulateur : dans un supercondensateur , la puissance maximale de charge dépend essentiellement de la tension à ces bornes, tandis que dans une batterie électrochimique, elle dépend de son état de charge, de sa température, etc...De façon préférentielle, le superviseur 9 dispose des moyens nécessaires pour effectuer le calcul de Paccumax. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, cette puissance peut aussi bien être calculée par une unité de gestion propre à l'accumulateur 4, puis transmise au superviseur 9. Le superviseur calcule alors Précupm, la puissance mécanique qui peut être récupérée, de la façon suivante (étape 4) : Précupm = Min [Pfrmot, (Paltmaxm -Paltaccm), Paccumaxml Dans la pratique, Précupm est nulle si l'alternateur est déjà saturé par la consommation électrique des équipements du véhicule, ou si l'accumulateur 4 est déjà complètement chargé. Précupm est transmise à la transmission 2 par le superviseur 4 (étape 6). Le calculateur de la transmission dispose alors des moyens de calculer le rapport de transmission permettant de réduire le frein moteur d'une valeur correspondant à Précupm (si celle ' est non nulle). Cette gestion peut notamment s'effectuer en exploitant une cartographie du frein moteur en fonction du frein moteur et de température. Dans le cas d'un CVT, la transmission dispose également des moyens d'imposer directement rapport (étape Le superviseur peut alors calculer Pré,up, la puissance électrique générée par l'alternateur en absorbant Précupm, et piloter la charge de l'accumulateur puissance de manière à faire débiter une puissance Ppré,,,p à l'alternateur (étape 8). Si le conducteur appuie à nouveau sur l'accélérateur, la réduction de rapport ne doit plus avoir lieu. Le superviseur transmet alors à la transmission, valeur Précupm nulle. Suite à ce signal, celle-ci ci impose alors le rapport de transmission qu'elle aurait établi normalement, en l'absence de la stratégie récupération d'énergie en décélération exposée ci-dessus (étape 11). Le superviseur 9 arrête la charge de l'accumulateur 4 (étape 12). Dans cette situation, Précup =0, et l'alternateur ne génère plus que la puissance Pa,ta , consommée par les accessoires, et la charge éventuelle de la batterie. Dans une telle stratégie, toutes les valeurs exploitées évoluent en permanence dans le temps. Ces valeurs doivent donc être réactualisées à chaque pas de calcul. Par ailleurs, si le temps de réponse de la transmission est plus important que celui du superviseur, ce dernier peut faire varier progressivement Précup et Précupm, de manière à éviter les à-coups de couple. Dans le cas où la transmission automatique 2 est à rapports discrets, celle-ci ne peut pas imposer, comme un variateur, le rapport exact qui permettait de réduire le frein moteur d'une valeur correspondant à Pré,up. Elle calculera donc les diverses réductions de frein moteur qui peuvent être obtenues en engageant des rapports de réduction plus faibles que le rapport déterminé par stratégie habituelle (notamment par la loi de passage qu'elle appliquerait normalement). Par exemple, dans une situation de roulage où sa stratégie habituelle prévoirait d'adopter le second rapport, elle calculera, la réduction de frein moteur qui pourrait être obtenue en engageant la troisième, la quatrième, ou la cinquième si elle existe. Elle calcule donc un vecteur Pfrmat dont les éléments sont les réductions de frein moteur possibles sur les rapports supérieurs de la transmission, et transmet ce vecteur au superviseur 9. Le superviseur détermine alors Précupm, la puissance mécanique peut être récupérée, de la façon suivante. Soit Précupl = Min [(Paltmaxm - Paltaccm), Paccumaxm] Comme Précupm dans le cas du variateur, Précupl est nulle, si l'alternateur 6 est déjà saturé par la consommation des accessoires, ou si l'accumulateur 4 est déjà complètement chargé. Dans le cas de la transmission à rapports discrets, Précupm (puissance mécanique récupérable) est l'élément du vecteur Pfrmat dont la valeur est la plus proche de Précupl, tout en lui restant inférieur ou égal. Si aucun élément de Pfrmat ne remplit cette condition, alors = 0, ce qui correspond au cas où la réduction du frein moteur ne peut totalement être compensée par l'alternateur. Le superviseur transmet Précupm à la transmission. Celle-ci gère son choix de rapport de façon à obtenir une réduction de frein moteur d'une valeur Précupm par rapport à sa stratégie habituelle de choix de rapport, ce qui revient à diminuer le rapport de réduction au sein de la transmission en adoptant un rapport de boîte plus élevé. Comme dans le cas du variateur, si le conducteur appuie à nouveau sur l'accélérateur, la réduction de rapport ne doit plus avoir lieu. Le superviseur transmet alors à la transmission, une valeur Pré,upm nulle. Suite à ce signal, celle-ci ci impose alors le rapport de transmission qu'elle aurait établi normalement, en l'absence de la stratégie de récupération d'énergie en décélération exposée ci-dessus. Le superviseur 9 arrête la charge de l'accumulateur 4 (Pré,up = 0), et l'alternateur ne génère plus que la puissance Pa,tacc, consommée par les accessoires, et la charge éventuelle de la batterie. be même, toutes les valeurs exploitées évoluent en permanence dans le temps, et doivent donc être réactualisées à chaque pas de calcul. Enfin si le temps réponse de la transmission est plus important que celui du superviseur, ce dernier fera avantageusement varier Précup et Précupm de manière progressive, afin d'éviter les à-coups de couple. Le procédé de récupération d'énergie proposé permet d'augmenter considérablement la quantité d'énergie récupérée lors des décélarations avec accélérateur relâché. L'utilisation ultérieure de cette énergie pour alimenter les équipements électriques du véhicule réduit d'autant la puissance prélevée par l'alternateur, et par voie de conséquence la consommation et les émissions véhicule. Le freinage supplémentaire effectué par l'alternateur étant compensé par une réduction du frein moteur, la décélération véhicule n'est pas affectée par la mise en ceuvre de l'invention, qui est donc totalement transparente pour l'usager. L'invention est donc applicable aussi avec un moteur à arbre à cames qu'avec un moteur camless, sans nécessi dans ce cas de stratégie particulière de commande des soupapes. REVENDICATIONS [1] Procédé de récupération d'énergie sur un véhicule lors des phases de décélération pied levé, consistant à augmenter la puissance électrique générée par l'alternateur (6), tout en compensant le freinage imposé par cette augmentation de puissance en diminuant le frein moteur, caractérisé en ce que la diminution du frein moteur est obtenue en diminuant le rapport de réduction de vitesse de la transmission (2). [2] Procédé de récupération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission (2) établit un rapport de démultiplication qui permet de réduire le frein moteur d'une valeur Précupm correspondant à la puissance mécanique qui peut être récupérée dans l'accumulateur (4) du véhicule. [3] Procédé de récupération selon la revendication 2 caractérisé en ce que la puissance mécanique récupérable Précupm est égale à la moins élevée des trois grandeurs suivantes - la puissance Pfrmat correspondant à la réduction maximale de frein moteur qui peut être obtenue en augmentant le rapport de démultiplication de la transmission, - la différence entre les puissances mécaniques Paltmaxm et Paltaccm absorbées respectivement par l'alternateur pour générer sa puissance maximale Paltmax, et pour alimenter tous les équipements électriques, et - la puissance mécanique Pa umaxm absorbée par l'alternateur pour générer PaccUmax qui est la puissance maximale qui peut être chargée dans l'accumulateur (4). [4] Procédé de récupération d'énergie selon la revendication 2, caractérisée en ce que la puissance mécanique récupérable Précupm la puissance libérable par réduction de frein sur les rapports plus supérieurs de la transmission qui se rapproche le plus par défaut d'une puissance limite Précupl. [5] Procédé de récupération d'énergie selon la revendication 4, caractérisé en ce que la puissance limite est égale à la moins élevée des deux grandeurs suivantes - la différence entre les puissances mécaniques Paltmaxm et I absorbées respectivement par l'alternateur pour générer sa puissance maximale Paltmax, et pour alimenter tous les équipements électriques, - la puissance mécanique PaccUmaxm absorbée par l'alternateur pour générer la puissance maximale Paccumax qui peut être chargée dans l'accumulateur. [6] Procédé de récupération d'énergie selon l'une des revendications 1 5, caractérisé en ce que l'alternateur est piloté de façon à débiter la puissance supplémentaire Précup qui correspond à l'absorption de [7] Procédé de récupération d'énergie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance générée par l'alternateur est limitée à la puissance Paltacc consommée par les équipements électriques, dès que la pédale d'accélérateur est à nouveau sollicitée.