Brevet FR2809998A1 — publié le 20011214

La présente invention concerne un procédé de commande véhicule hybride à transmission électrique, avec possibilité fonctionnement particulier à partir d'un réseau électrique externe, du type mode trolley. Son domaine d'application s'étend à toutes les catégories véhicules, véhicules particuliers, utilitaires, industriels avec une architecture hybride et des organes auxiliaires commandables électroniquement. Un véhicule automobile de type hybride comprend au moins deux sources d'énergie, soit le carburant primaire, de l'essence ou du gasoil par exemple, qui alimente un moteur thermique, et l'électricité fournissant l'énergie à au moins un moteur électrique. Dans une architecture de type hybride série une première source d'énergie électrique est constituée un alternateur-redresseur entraîné par le moteur thermique, à laquelle ajoutée une seconde source constituée par une batterie d'accumulateurs. Cette batterie joue également le rôle de récepteur d'énergie électrique qu'elle peut stocker. L'énergie électrique ainsi produite est reçue par le moteur électrique qui la transforme en puissance mécanique faisant tourner les roues pour la propulsion du véhicule. Un avantages de cette configuration hybride série de la chaîne de traction véhicule est d'autoriser soit un fonctionnement du moteur thermique dans sa zone de meilleurs points de fonctionnement, soit fonctionnement tout électrique. Toutefois, un des inconvénients réside dans le poids l'encombrement relativement élevés de la batterie, pénalisante terme coût et de performances du véhicule. exemple de véhicule de type hybride série avec une batterie comme source d'énergie électrique supplémentaire est décrit dans demande de brevet européen EP 0 830 968, déposée au nom de MANAGEMENT SERVICES. Lorsque la consigne de régime du moteur thermique augmente, correspondant à une demande de montée en puissance du groupe motopropulseur du véhicule, la charge appliquée à la batterie alors augmentée pour diminuer le couple de charge du moteur thermique. Inversement, quand la consigne de régime du moteur thermique décroît, charge appliquée à la batterie est diminuée. Ainsi la batterie aide le moteur thermique en accélérant les changements de régime. on envisage un véhicule dont le fonctionnement en tout électrique n'est nécessaire, ou dont le fonctionnement électrique peut être assuré par mode trolley, on peut s'affranchir de la batterie ce qui permet d'alléger le coût et la masse du véhicule. La demande de brevet européen EP 782 941, déposée au nom de SMH MANAGEMENT SERVICES, décrit un vehicule avec une transmission électrique sans batterie, comprenant un organe dit d'équilibrage, par exemple un organe auxiliaire dont la puissance est pilotée pour maintenir la tension fournie par l'alternateur au niveau de la tension de consigne. L'organe d'équilibrage tient compte contraintes de fonctionnement en tension des différents organes de la draine de traction, mais pas de leurs contraintes dynamiques, notamment en phases transitoires. Concernant la prise en compte des variations consommation des organes auxiliaires, et de leur niveau de puissance demandée qui vient s'ajouter à la demande due à la traction dans le but d'assurer la robustesse et la stabilité au système, l'organe d'équilibrage amortit seulement les chutes de tension occasionnées par le fonctionnement de ces auxiliaires. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose procédé de commande d'un véhicule hybride à transmission électrique qui prend en compte d'une part les contraintes de fonctionnement imposées par le organes de la chaîne de traction, d'autre part la consommation des organes auxiliaires, et enfin la dynamique du moteur thermique. Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de commande d'un véhicule hybride à transmission électrique, comportant d'une part un groupe motopropulseur constitué d'un moteur thermique associé à un alternateur- redresseur par l'intermédiaire d'un arbre de rotation, foumissant une puissance électrique à au moins un moteur électrique entraînant les roues véhicule et à des organes auxiliaires, et d'autre part un calculateur electronique de commande des moteurs thermique et électrique en fonction l'enfoncement de la pédale d'accélérateur par le conducteur, caractérise en ce qu'en phases transitoires de régime du moteur thermique, quand puissance demandée au groupe motopropulseur varie, ledit calculateur commande le fonctionnement des auxiliaires afin de faire varier le couple charge du moteur thermique de manière à accélérer sa variation de régime vers une consigne de régime optimal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à lecture de la description d'un exemple de réalisation d'un groupe motopropulseur de véhicule hybride, illustrée par les figures suivantes sont - la figure 1 : un schéma de principe d'un groupe motopropulseur de véhicule hybride à transmission électrique selon l'invention ; - la figure 2 : un schéma électronique représentatif du procédé de commande selon l'invention. Selon le schéma de la figure 1, l'architecture d'un groupe motopropulseur selon l'invention se compose d'un moteur thermique 1 à combustion interne associé à un alternateur-redresseur 2 commandé, par l'intermédiaire d'un arbre de rotation 12 pouvant comporter une boîte de vitesses. Le moteur thermique entraîne l'alternateur pour fournir puissance électrique à un ou plusieurs moteurs électriques 3 reliés roues 4 par un système de transmission 5. Chacun d'eux est piloté couple ou en régime par une unité de contrôle 6. Des organes auxiliaires 7, c'est-à-dire des consommateurs puissance électrique différents de ceux de la chaîne de traction, exemple les feux de croisement, la climatisation, les essuie-glace.... sont alimentés l'alternateur-redresseur 2, à travers un convertisseur de tension statique 8 abaissant la haute tension d'alimentation à une basse tension continue ou alternative de fonctionnement des auxiliaires. Une unité de contrôle électronique 9, de type superviseur, reçoit une information la demande de couple souhaité par le conducteur du véhicule, à partir de l'enfoncement de la pédale 10 d'accélérateur de celle du frein ainsi que des informations sur les moteurs, dans le but de piloter électroniquement les organes de la chaîne de traction. Le véhicule peut fonctionner en mode trolley relié à un réseau électrique extérieur, à tension constante, par un système constitué par exemple de perches 11 pour capter l'énergie électrique et par un dispositif 14 destiné à convertir son niveau de tension afin d'alimenter les moteurs électriques et les organes auxiliaires 7. Le conducteur du véhicule peut choisir le mode d'alimentation électrique, soit par l'alternateur-redresseur 2, soit par le réseau extérieur à partir d'un sélecteur de mode 13, relié au superviseur et aux perches 11 pour les activer en mode trolley et les désactiver mode transmission électrique. Ainsi en mode transmission électrique, le moteur thermique 1 entraîne l'alternateur-redresseur 2 afin de produire toute la puissance d'alimentation des moteurs électriques 3 de traction et les organes auxiliaires en fonction de la demande du conducteur agissant sur la pédale d'accélérateur . Dans ce cas, le réseau électrique extérieur ne débite aucune puissance. En mode trolley par contre, le réseau extérieur débite toute la puissance électrique pendant que le moteur thermique 1 est à l'arrêt. Dans ces deux modes, la puissance électrique consommée par les organes auxiliaires est commandée par le superviseur de contrôle 9. L'objet de l'invention concerne la commande de ce groupe motopropulseur sans batterie, réalisée par le superviseur électronique 9 qui pilote d'une part le moteur thermique 1 et l'alternateur-redresseur 2 et d'autre part les moteurs électriques 3 de traction et les auxiliaires 7. Pour cela, le superviseur 9 est associé à des capteurs qui lui délivrent les informations suivantes. capteur 20 mesure l'action du conducteur sur la pédale d'accélerateur 10 et envoie un signal SP représentatif de son enfoncement, capteur 21 mesure le régime NME d'au moins un moteur électrique 3 de traction. capteur 22 mesure la puissance électrique PME totale des moteurs électriques. capteur 23 envoie la mesure de la puissance électrique P3 en sortie l'alternateur-redresseur 2 du groupe motopropulseur. Enfin, un capteur 24 envoie la mesure du régime NMr du moteur thermique 1. Le superviseur 9 recueille toutes ces informations pour délivrer consignes aux organes de la chaîne de traction, selon un procédé commande comportant les étapes suivantes, avec pour priorités d'établir régime optimal du moteur thermique, de satisfaire la demande de puissance à la roue et enfin de fournir la puissance nécessaire au fonctionnement organes auxiliaires. Une première étape a) consiste à déterminer une estimation Pa. de puissance consommée par les organes auxiliaires 7 à partir de la puissance électrique P3 fournie par le groupe motopropulseur en entrée des moteurs électriques 3 de traction d'une part et de la puissance électrique consommée par ces mêmes moteurs 3. La différence entre ces deux puissances représente la puissance instantanée Pa,,,, consommée par auxiliaires, dans leur ensemble. La majorité des auxiliaires fonctionnent en tout ou rien, de sorte que chacun d'eux consomme une puissance constante ou nulle. Certains auxiliaires peuvent présenter une consommation de puissance qui varie linéairement, telle qu'un compresseur dans un véhicule industriel. Selon cette puissance consommée par l'ensemble des auxiliaires la connaissance de leur état de marche ou d'arrêt, le superviseur détermine la puissance détestable Pd et la puissance de charge P, Cette dernière correspond à une mise en marche de certains auxiliaires, pendant la puissance détestable Pd correspond à l'arrêt desdits auxiliaires. Le système dispose ainsi d'une réserve de puissance positive Pd ou négative Une deuxième étape b) détermine la consigne de puissance traction Pd demandée par le conducteur du véhicule, à partir l'enfoncement de la pédale d'accélérateur SP et de la mesure du régime d'au moins un moteur électrique 3 de traction. L'enfoncement de la pédale d'accélérateur peut être interprété par une demande de couple à la roue ou une demande de couple aux moteurs électriques. Ce couple multiplié par la vitesse des roues ou le régime du moteur électrique correspond à une puissance demandée aux moteurs électriques. En fonction du calcul de cette consigne Pd de puissance de traction de la mesure du régime NMT du moteur thermique 1, le superviseur réalise une troisième étape c) de calcul de la consigne de couple CIME du moteur électrique de traction 3 associé à son circuit électronique de commande Pour cela, le superviseur comporte un module contenant un modèle interne avec une fonction de transfert du groupe moteur thermique-alternateur- redresseur et du groupe moteur électrique-circuit électronique de commande avec un mode d'asservissement, de type proportionnel intégral exemple. Le module réalise de plus un filtrage appliqué selon la dynamique moteur thermique afin que la puissance absorbée par le moteur électrique 3 évolue avec une dynamique comparable à celle du moteur thermique. Cela permet d'accroître la robustesse du système en limitant demandes transitoires de puissance par le moteur électrique supérieures à celle que moteur thermique peut fournir et en évitant ainsi que ce dernier ne cale. plus, cette limitation à la variation de la consigne de puissance, en entrée moteur électrique, peut servir à limiter les performances véhicule en termes de vitesse, d'accélération et de jerk, car un moteur électrique suffisamment alimenté peut conduire un véhicule à réagir trop brusquement pour certains conducteurs. Ce module dispose d'un jeu paramètres, permettant de limiter la dynamique du moteur électrique, pour mode transmission électrique d'une part et un autre jeu pour le mode trolley d'autre Pour obtenir un comportement du véhicule identique dans deux modes, il faudrait que ces deux jeux de paramètres soient égaux. Cependant, le ralentissement de la dynamique du moteur électrique jusqu niveau celle du moteur thermique n'étant pas indispensable en mode trolley puisque le moteur thermique est à l'arrêt, les deux jeux de paramètres peuvent différer légèrement pour avoir un véhicule plus réactif en mode trolley dans la mesure où le confort des passagers permet des comportements différents jusqu'à un certain point. Parallèlement à la commande du couple du moteur électrique traction, le superviseur commande le moteur thermique 1 en déterminant une consigne de régime optimal NcmT, à l'étape d), à partir de l'estimation la puissance Pa,tt consommée par les organes auxiliaires 7 d'une part et la consigne Pt de puissance de traction d'autre part. Ce calcul de consigne régime est réalisé par exemple à l'aide d'une cartographie pour autoriser fonctionnement du moteur thermique dans sa zone de meilleurs points fonctionnement, définis par le couple en fonction du régime moteur. Cette zone représente un compromis entre, d'un côté, le suivi ligne meilleurs points de fonctionnement pour réaliser la puissance demandee par le conducteur en optimisant les critères de consommation d'émission de polluants et, d'un autre côté, les critères de performances, régimes transitoires et les imprécisions de la commande. Quand la puissance P demandée au groupe moteur thermique- alternateur, soit la somme de la puissance de traction Pd calculée à l'étape b) et de la puissance Pa,. consommée par les auxiliaires 7 et estimée à l'étape a), varie, la consigne de régime NcMT varie dans le même sens. Or la dynamique cette demande de puissance est plus rapide que la dynamique la puissance fournie par le groupe moteur thermique- alternateur pénalise la vitesse de montée en puissance. Le couple mécanique fourni par le moteur thermique 1 est instantanément absorbé par l'alternateur 2 en raison de son couple résistant qui croît de la même manière. Ainsi l'écart entre le couple moteur et le couple résistant devient négligeable la montée en régime du moteur thermique se fait lentement avec le risque de caler ledit moteur thermique. Afin d'accélérer cette montée en régime, le couple résistant l'alternateur doit être diminué, donc la puissance globale P consommée la chaîne traction doit elle-même être diminuée. Comme la consigne puissance traction Pd ne doit pas être réduite pour ne pas dégrader performances du véhicule, la puissance consommée par les moteurs électriques de traction n'est pas modifiée. L'invention propose donc commander fonctionnement des organes auxiliaires 7, en les arrêtant notamment pour diminuer l'appel de puissance, donc le couple résistant l'alternateur Dans ce cas, la différence entre le couple fourni par le moteur thermique 1 le couple résistant de l'alternateur est augmentée, ce autorise une dynamique de montée en régime plus importante. Ainsi en délestant auxiliaires 7, le superviseur 9 décharge le moteur thermique 1 dans le d'accélérer sa dynamique de montée en régime. Inversement, afin d'accélérer la baisse de régime du moteur thermique, le couple résistant de l'alternateur, donc la puissance globale consommée, doivent être augmentés. Comme précédemment, pour ne pas dégrader les performances du véhicule par une modification de la puissance consommée par les moteurs de traction, l'invention propose de commander la mise en marche de certains organes auxiliaires afin d'augmenter l'appel de puissance, donc le couple résistant de l'alternateur. Dans ce cas, la différence entre le couple fourni par le moteur thermique et le couple résistant de l'alternateur est réduite, permettant une meilleure dynamique de baisse de régime par mise en route des auxiliaires et charge du moteur thermique sans caler ce dernier. Pour cela, le superviseur réalise une étape f) de commande du fonctionnement des organes auxiliaires 7, en fonction du calcul du régime de consigne optimale du moteur thermique 1 et de la puissance de traction Pd demandée et de l'estimation de la puissance Pa"x consommée par lesdits auxiliaires, qui va évoluer selon que certains organes seront à l'arrêt ou en marche. Pour éviter que la puissance globale P consommée par la chaîne de traction suive cette évolution instantanément, l'étape f) de calcul des consignes des auxiliaires réalise un filtrage retardant la modification de la puissance demandée. Enfin, le superviseur réalise une étape e) de commande de redresseur, consistant à calculer une consigne de couple pour que le redresseur régule sa tension et son courant de façon à ce l'alternateur qui lui est associé transmette un couple résistif déterminé. Le calcul de la consigne de couple est réalisé en fonction de la puissance de traction Pd demandée et de l'estimation de la puissance Pa,, consommée par les auxiliaires. Le couple résistif transmis par l'alternateur peut être déterminé à partir d'une cartographie pour autoriser le fonctionnement du moteur thermique dans sa zone de meilleurs points de fonctionnement, en minimisant la consommation de carburant et les émissions de polluants tout en évitant les surrégimes et les calages du moteur thermique. Ce procédé de commande d'un véhicule hybride à transmission électrique selon l'invention, pilotant le fonctionnement des organes auxiliaires consommateurs de puissance électrique, prend en compte les contraintes de fonctionnement imposees par les organes de la chaîne de traction, notamment les contraintes tensions minimale et maximale, ainsi que les demandes de puissance la traction du véhicule et des organes auxiliaires. II prend en compte egalement les variations et le niveau de consommation de puissance auxiliaires qui vient s'ajouter à la consommation due à la traction. organes auxiliaires peuvent jouer le rôle de batterie, c'est-à-dire d'energie tampon, lors des phases d'accélération ou de décélération moteur thermique. Grâce à cela, il présente plusieurs avantages, dont un meilleur suivi de la ligne des meilleurs points de fonctionnement moteur thermique puisque le groupe motopropulseur n'est plus pénalise la faible dynamique du moteur thermique par rapport à la demande puissance électrique. De plus, la commande des auxiliaires permet piloter le couple de charge du moteur thermique et ainsi d'améliorer consommation et les émissions de polluants. Enfin, la puissance fournie à traction est identique à celle fournie par un réseau électrique extérieur en mode trolley, de sorte que la sensation de conduite du véhicule de type mode transmission électrique est identique à celle obtenue en mode trolley. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un véhicule hybride à transmission électrique, comportant d'une part un groupe motopropulseur constitué d'un moteur thermique associé à un alternateur-redresseur par l'intermédiaire d'un arbre de rotation, fournissant une puissance électrique à au moins un moteur électrique entraînant les roues du véhicule et à des organes auxiliaires et d'autre part un calculateur électronique de commande des moteurs thermique et électrique en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur par le conducteur, caractérisé en ce qu'en phases transitoires de régime du moteur thermique, quand la puissance demandée au groupe motopropulseur varie, ledit calculateur commande le fonctionnement des auxiliaires afin de faire varier le couple de charge du moteur thermique de manière à accélérer sa variation de régime vers une consigne de régime optimal. 2. Procédé de commande d'un véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux étapes successives à partir d'une estimation de la puissance (Pau,) consommée par les organes auxiliaires et d'une consigne de puissance de traction (Pt) calculée d'après demande conducteur, soit une étape d) de calcul de la consigne régime optimal (Nr_MT) du moteur thermique (1), suivie d'une étape f) commande fonctionnement des organes auxiliaires (7). 3. Procédé de commande d'un véhicule hybride selon la revendication 2, caracterise en ce que la puissance électrique instantanée consommee les organes auxiliaires (7), est estimée lors d'une étape a partir de puissance électrique (P3) fournie par le groupe motopropulseur en entrée moteurs électriques (3) de traction d'une part et à partir la puissance electrique (PME) consommée par lesdits moteurs (3) d'autre 4. Procédé de commande d'un véhicule hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que la consigne de puissance de traction demandée par le conducteur est calculée à partir de l'enfoncement (SP) de pédale d'accélérateur du véhicule et à partir de la mesure du régime (NME) moins un moteur électrique (3) de traction. 5. Procédé de commande d'un véhicule hybride selon la revendication caractérisé en ce que le calculateur de commande (8) réalise une étape de calcul de la consigne de couple (CME) des moteurs de traction (3) en fonction de la consigne de puissance de traction (Pd) calculée et de la mesure du régime (NMT) du moteur thermique. 6. Procédé de commande d'un véhicule hybride selon la revendication caractérisé en ce que le calculateur de commande réalise une étape de calcul d'une consigne de couple du redresseur à partir du calcul la consigne de puissance de traction (Pd) et l'estimation de la puissance P(au,,) consommée par les organes auxiliaires (7), destiné à ce l'alternateur associé transmette un couple résistif déterminé pour autoriser le fonctionnement du moteur thermique dans zone de meilleurs points de fonctionnement.