Brevet FR2811268A1 — publié le 20020111

Procédé et système de gestion de l'énergie dans un véhicule à moyen de propulsion hybride. L'invention concerne un véhicule automobile à motorisation hybride, comportant des moyens perfectionnés de gestion de l'énergie. L'invention concerne plus particulièrement un véhicule automobile à motorisation hybride, du type dans lequel un ensemble motopropulseur comporte un moteur électrique et un moteur thermique qui sont susceptibles de contribuer à l'entraînement du véhicule, et du type dans lequel une unité centrale de gestion exécute une tâche comportant la détermination du couple que doit fournir chaque moteur pour que l'ensemble motopropulseur fournisse au véhicule un couple moteur conforme à un couple demandé par le conducteur du véhicule, et du type dans lequel le moteur thermique est susceptible d'être arrêté, le véhicule étant alors entraîné par le seul moteur électrique alimenté en courant électrique par une batterie d'accumulateurs. Dans la recherche de véhicules moins polluants que les véhicules automobiles ne comportant qu'un unique moteur thermique, les véhicules à motorisation hybride se présentent comme une alternative particulièrement intéressante aux véhicules strictement électriques. En effet, ces derniers présentent l'avantage de n'émettre par eux- mêmes aucune substance toxique tout en étant à la fois particulièrement silencieux et économiques à l'usage. Cependant, les véhicules électriques ne tirent leur énergie que des seules batteries d'accumulateurs qu'ils embarquent avec eux. Or, étant données les faibles performances des batteries d'accumulateurs actuellement connues, du moins celles susceptibles d'être utilisées à un coût raisonnable dans un véhicule automobile, les véhicules électriques ne peuvent emmagasiner qu'une quantité d'énergie relativement faible, en dépit d'une masse conséquente, ce qui leur confère à la fois une faible autonomie et de faibles performances. Aussi, la solution d'une motorisation hybride comportant un moteur thermique susceptible de participer à l'entraînement du véhicule permet de réaliser des véhicules présentant des performances et une autonomie bien plus élevée, satisfaisante pour un usage normal du véhicule. Il existe deux types principaux de véhicules hybrides. Dans les véhicules hybrides série, seul le moteur électrique est susceptible d'entraîner directement les roues motrices du véhicule, éventuellement par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, d'un différentiel et/ou d'un embrayage. Le moteur électrique tire son énergie d'une batterie d'accumulateurs rechargée par une génératrice électrique qui est entraînée par le moteur thermique. Dans un tel type de véhicule hybride, le moteur électrique est donc toujours en fonctionnement et le moteur thermique peut, soit être arrêté, le véhicule fonctionnant alors en mode électrique pur, soit être mis en marche de manière que la génératrice produise de l'électricité en vue d'alimenter le moteur électrique et/ou de recharger les batteries. Dans un véhicule hybride parallèle, le moteur thermique et le moteur électrique sont tous les deux reliés, généralement par un système de boîte de vitesses à deux entrées, aux roues motrices du véhicule. Généralement, un embrayage est interposé entre chaque moteur et les roues motrices pour permettre le désaccouplement du moteur lorsque celui-ci n'est pas utilisé pour l'entraînement. Les véhicules automobiles de type hybride parallèle peuvent donc être entraînés, soit à l'aide du seul moteur électrique, soit à l'aide du seul moteur thermique, ou encore à l'aide des deux moteurs simultanément. Par ailleurs, dans certaines configurations, il est possible d'utiliser le moteur électrique pour assurer le démarrage du moteur thermique et le moteur électrique peut aussi être "inversé" de telle sorte que, le moteur thermique entraînant en rotation le moteur électrique, éventuellement en même temps qu'il entraîne en rotation les roues motrices du véhicule, assure le rechargement des batteries. Il est à noter qu'il existe une variante de réalisation des véhicules hybrides en parallèle, dans lesquels chacun des deux moteurs thermique et électrique est accouplé non pas à un même essieu, mais à des essieux différents. Quel que soit le type de véhicule hybride envisagé, il est donc nécessaire de gérer le plus efficacement possible la commande de chacun des moteurs thermique et électrique pour assurer l'entraînement du véhicule selon les desideratas du conducteur qui détermine à chaque instant le couple moteur nécessaire à l'avancement du véhicule pour assurer l'accélération ou la décélération du véhicule, ou le maintien du véhicule à une vitesse stabilisée. Notamment, le choix de l'utilisation ou non du moteur thermique est particulièrement crucial car il permet de déterminer l'autonomie du véhicule, ses performances, tout cela dans la mesure o la mise en route du moteur thermique est effectivement possible, ce qui peut par exemple être interdit dans certaines zones au trafic particulièrement dense ou à certaines périodes pour limiter la pollution. La présente invention a pour objet un procédé de gestion de l'énergie réduisant la consommation et les émissions polluantes tout en permettant une durée de vie élevée de la batterie, et une satisfaction des demandes du conducteur. L'invention propose un procédé de gestion de l'énergie dans un véhicule à moyen de propulsion hybride, du type comprenant un moteur électrique, un élément de stockage d'énergie électrique, un générateur électrique et un superviseur. Le superviseur effectue l'apprentissage d'un trajet, calcule un profil désiré d'état de charge dudit élément de stockage, évalue, à la fin dudit trajet, la qualité dudit profil qui a été suivi par le véhicule, et adapte le profil reconnu suivant la qualité évaluée et au cours des exécutions ultérieures du trajet. Dans un mode de réalisation de l'invention, le superviseur reconnaît la destination. Ceci est utile au cas o le conducteur ne lui indique pas la destination. Dans un mode de réalisation de l'invention, le superviseur commande le fonctionnement du moyen de propulsion en fonction de variables liées au style de conduite du conducteur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le conducteur effectue un réglage de la valeur cible finale de l'état de charge dudit élément de stockage. Dans un mode de réalisation de l'invention, le superviseur prend en compte le vieillissement dudit élément de stockage. Le superviseur peut estimer l'évolution de la vitesse de décharge dudit élément de stockage. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'évaluation de la qualité dudit profil prend en compte la satisfaction des demandes du conducteur au cours du trajet. L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des moyens de code programme pour mettre en ceuvre les étapes du procédé, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention concerne également un support capable d'être lu par un dispositif de lecture de moyens de code programme qui s'y trouvent stockés et qui sont aptes à la mise en oeuvre des étapes du procédé, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention propose également un système de propulsion hybride, du type comprenant un moteur électrique, une batterie, un générateur électrique et un superviseur. Le superviseur comprend: - un module d'apprentissage d'un trajet, - un module de calcul d'un profil désiré d'état de charge dudit élément de stockage, - un module d'évaluation, à la fin dudit trajet, de la qualité dudit profil qui a été suivi par le véhicule, et - un module d'adaptation du profil désiré suivant la qualité évaluée et au cours des exécutions ultérieures du trajet. Avantageusement, le superviseur comprend: - un module de reconnaissance du style de conduite du conducteur, - un module de reconnaissance de la destination, - un module d'évaluation du vieillissement dudit élément de stockage, et - un module de réglage de la valeur cible finale de l'état de charge dudit élément de stockage. L'invention propose également un véhicule comprenant un tel système de propulsion, notamment un véhicule particulier, de transport collectif ou de marchandises. Le générateur électrique peut comprendre un moteur thermique à combustion interne ou externe et un alternateur. Le générateur électrique peut comprendre une pile à hydrogène. Le générateur électrique peut comprendre un réformeur de carburant. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique de l'architecture d'un véhicule à transmission hybride série; la figure 2 est une vue schématique de l'architecture d'un véhicule à transmission hybride parallèle; la figure 3 est une vue schématique d'une autre architecture de véhicule à transmission hybride parallèle; la figure 4 est une vue schématique de l'architecture d'un véhicule à transmission hybride série-parallèle; la figure 5 est une vue schématique de l'architecture d'un véhicule à transmission hybride différentiel; la figure 6 est un schéma montrant les étapes du procédé de gestion de l'énergie; et la figure 7 est une vue de détail de la figure 6. Sur la figure 1, le générateur électrique 1 est capable d'alimenter en énergie électrique un moteur électrique de propulsion 2. Une batterie 3 est reliée électriquement au générateur électrique 1 et au moteur électrique 2. L'arbre de sortie du moteur électrique 2 est reliée à une transmission 4 elle-même reliée aux roues 5 du véhicule. Le générateur électrique 1 comprend un moteur à combustion interne 6 entraînant en rotation un alternateur électrique 7 apte à fournir en sortie de l'énergie électrique. Bien entendu, pour le démarrage du moteur à combustion interne 6, on pourra prévoir d'utiliser l'alternateur 7 comme démarreur alimenté par la batterie 3. Le moteur à combustion interne 6 est relié à un réservoir de carburant 8 destiné à contenir de l'essence, du gazole, du gaz ou tout autre type de carburant. Le moteur à combustion interne 6 est pourvu d'un calculateur 9 apte à le commander. L'alternateur électrique 7 est pourvu d'une unité électronique de puissance 10. Le moteur électrique 2 est pourvu d'une unité électronique de puissance 11. Un superviseur 12 est relié au moteur à combustion interne 6, à l'alternateur 7, au moteur électrique 2, à la batterie 3 et à une pédale d'accélérateur 13 susceptible d'être actionnée par le conducteur et dont la position est détectée par un capteur et transmise au superviseur 12, éventuellement par l'intermédiaire de moyens de traitement, non représentés, destinés à interpréter la position de la pédale d'accélérateur 13. Le superviseur 12 reçoit en entrée les valeurs de tension U et de courant I aux bornes du moteur électrique 2, des informations relatives à l'état de la batterie 3 telles que son état de charge, sa température, sa tension, son intensité, et sa puissance maximale, etc. Le superviseur 12 reçoit également une information relative à la puissance maximale du générateur électrique 1. A titre de variante, cette variable peut faire l'objet d'une mémorisation dans une mémoire du superviseur 12. Le superviseur 12 comprend au moins une mémoire, au moins un microprocesseur, au moins un programme de commande, et au moins un bus de communication. Sur la figure 2, les éléments semblables à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. Le moteur thermique 6 entraîne, par l'intermédiaire d'un embrayage 14 relié au superviseur 12, une boîte de vitesses 15 pourvue d'un arbre primaire 16 et d'un arbre secondaire 17. L'arbre primaire 16 est relié à la sortie de l'embrayage 14 et à au moteur électrique 7 par l'intermédiaire d'un réducteur 18. L'arbre secondaire 17 est relié à la transmission 4. Le moteur électrique 7 peut fonctionner en moteur, le moteur thermique 6 étant en fonctionnement ou à l'arrêt et débrayé, ou en alternateur, le moteur thermique 6 étant en fonctionnement ou non, notamment lors d'un freinage avec récupération d'énergie. La variante de la figure 3 est proche de la précédente à ceci près que l'arbre primaire 16 est relié à la sortie de l'embrayage 14, et que l'arbre secondaire 17 est relié à la transmission 4 et au moteur électrique 7 par l'intermédiaire du réducteur 18. Le fonctionnement est similaire. Sur la figure 4, les éléments semblables à ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Comme sur la figure 2, le moteur électrique 7 et l'arbre primaire 16 sont reliés par l'intermédiaire du réducteur 18. Il est prévu un autre moteur électrique 19 pourvu d'une unité électronique de puissance 20 et relié à la batterie 3. L'unité électronique de puissance 20 est reliée au superviseur 12. Le moteur électrique 19 et l'arbre secondaire 17 sont reliés par l'intermédiaire d'un réducteur 21 à l'instar de la variante de la figure 3. Le fonctionnement est similaire. Sur la figure 5, les éléments semblables à ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Il est prévu un train épicycloidal 22 pourvu d'un arbre d'entrée 23 entraîné par le moteur thermique 6, d'un arbre d'entrée 24 relié au moteur électrique 7, et d'un arbre de sortie 25 relié à la fois à la transmission 4 et à un autre moteur électrique 26 pourvu d'une unité électronique de puissance 27 et relié à la batterie 3. L'unité électronique de puissance 27 est reliée au superviseur 12. Le train épicycloidal 22 comprend, en outre, un porte-satellites 28 solidaire de l'arbre d'entrée 23, une pluralité de satellites 29, un pignon 30 solidaire de l'arbre d'entrée 24 et engrenant avec les satellites 29 tout en étant coaxial à l'arbre d'entrée 23, une couronne 31 engrenant avec les satellites 29 tout en étant coaxiale à l'arbre d'entrée 23 et portant une denture extérieure 32 engrenant avec un pignon 33 solidaire de l'arbre de sortie 25. Les moteurs électriques 7 et 26 peuvent fonctionner en moteur, le moteur thermique 6 étant en fonctionnement ou à l'arrêt, ou en alternateur le moteur thermique 6 étant en fonctionnement. Si le véhicule est à l'arrêt, moteur thermique 6 à l'arrêt, le moteur électrique 7 peut fonctionner en démarreur. Si le véhicule roule, moteur thermique 6 à l'arrêt, les moteurs électriques 7 et 26 peuvent fonctionner en démarreur, par exemple en freinant le moteur électrique 7. Le superviseur ou unité de commande effectue une étape de détermination du trajet suivi au cours de laquelle il récupère l'ensemble des informations disponibles sur le trajet qui va être effectué. Si la destination est connue, par exemple si le conducteur l'a indiquée au superviseur, ledit superviseur calcule l'itinéraire suivi par le conducteur à l'aide d'un module de navigation qui fournit des informations sur chaque segment du parcours. Sinon, le superviseur effectue une reconnaissance d'un trajet déjà effectué et récupère les données mémorisées sur ce trajet. Dans les deux cas, des informations caractérisant chaque segment de trajet (pente, vitesse moyenne,...) et d'autres provenant de capteurs (température extérieure,...) sont obtenues. Le superviseur effectue ensuite une étape de calculs au cours de laquelle il détermine à l'aide des informations obtenues à l'étape précédente, des valeurs cible d'état de charge de la batterie de façon qu'il puisse optimiser un critère simple, tel que la consommation ou le rendement de la chaîne de traction. Il s'agit ici de mettre en oeuvre une méthode d'optimisation qui puisse être facilement embarquée à bord d'un véhicule et qui, connaissant le trajet suivi et les principales caractéristiques du véhicule, détermine le profil optimal à faire suivre au véhicule. L'étape de contrôle, effectuée par le superviseur, assure que la commande locale du véhicule suit bien les valeurs cible d'état de charge et les modifie si besoin est. Cette commande locale peut être effectuée au moyen de lois définies dans les demandes de brevets français n 97 14174 et 99 02 581, par exemple: - les lois générales permettant le démarrage et l'arrêt du moteur thermique (hystérésis de vitesse, de couple, de puissance,...), les lois assurant la régulation du fonctionnement du moteur thermique lorsqu'il est démarré (utilisation des zones de meilleur rendement du moteur thermique,...), - les lois assurant le respect des limitations des composants (interdiction de la recharge si la batterie a atteint un seuil haut ou de la décharge pour un seuil bas,...), - les lois ajoutées pour le confort du conducteur (temps minimal de démarrage du moteur thermique,...). Les lois générales et de régulation du fonctionnement peuvent être paramétrées de façon qu'elles permettent l'ajustement de l'état de charge de l'élément de stockage. Par exemple, si l'état de charge est inférieur à la valeur obtenue lors de l'étape de calcul, lors de l'étape de contrôle, le superviseur va modifier les paramètres des lois générales pour démarrer plus tôt le moteur thermique, par exemple en diminuant la valeur des seuils d'hystérésis et/ou en augmentant le point de fonctionnement du moteur thermique en altérant certains paramètres des lois de régulation. Lors de l'étape d'évaluation d'un critère de performance, le superviseur calcule un indice de performance qui permet d'estimer la validité de la solution testée pour le trajet considéré, lorsque ledit trajet constitue un parcours déjà effectué. Lors de l'étape d'adaptation, le superviseur utilise le résultat de l'étape d'évaluation du critère de performance pour modifier le résultat de l'étape de contrôle qui lui a fourni auparavant ses données d'initialisation. On cherche ainsi à améliorer le critère de performance au cours des exécutions suivantes d'un premier trajet déjà effectué. Cette étape permet de prendre en compte toutes les spécificités qui ne sont pas considérées lors de l'étape de calcul ainsi que d'éventuelles informations qui n'ont pas été prises en compte dans le trajet. L'étape d'apprentissage du trajet permet d'apprendre un nouveau trajet par mémorisation de données, notamment relatives à la pente, à la vitesse moyenne, aux arrêts, etc., et d'améliorer les connaissances sur les trajets ayant déjà fait l'objet d'un apprentissage. Si le superviseur ne dispose pas d'informations précises sur un trajet, c'est-à-dire dans le cas d'un nouveau trajet et d'un conducteur ne fournissant pas la destination au superviseur, une commande par défaut est appliquée. Par exemple, la décision de démarrer ou d'arrêter le moteur thermique dépend des variations d'un certain nombre de valeurs caractérisant la demande du conducteur telle que le seuil de puissance, le seuil de couple,.... et l'état du véhicule tel que l'état de charge de la batterie,... Sur la figure 7, est illustrée, plus en détail, l'étape de contrôle. Le superviseur est apte à effectuer les modifications de la commande locale, en fonction de variables d'état fournies par différents capteurs du véhicule, telles que le tachymètre, un thermomètre extérieur, un détecteur de niveau de charge de la batterie, un capteur de température d'eau du moteur thermique, etc. Cette modification de la commande locale influe d'une part sur le choix du mode de roulage, en d'autres termes sur le fonctionnement ou l'arrêt du moteur thermique, et d'autre part sur la détermination des points de fonctionnement des différents moteurs. Ces étapes de choix du mode de roulage et de la détermination des points de fonctionnement sont également influencées par le conducteur par le biais de l'accélérateur et du capteur d'enfoncement de l'accélérateur, lequel est communiqué au superviseur qui effectue l'interprétation de la demande du conducteur et en déduit un couple, une vitesse ou encore une puissance désirée par le conducteur. A l'issue des étapes de choix du mode de roulage et de détermination du point de fonctionnement, le superviseur vérifie le respect des limitations des composants afin d'éviter par exemple une décharge excessive ou une surcharge excessive de la batterie. Puis, vérifie enfin le respect du confort du conducteur, c'est-à-dire la satisfaction donnée, dans la mesure du possible, et avec une certaine marge d'interprétation, de la consigne qu'il donne par l'intermédiaire de l'accélérateur. A l'issue de cette étape, le superviseur établit des signaux de consigne qu'il envoie aux différents organes de propulsion, c'est-à-dire dans le cas d'un système hybride, au calculateur du moteur thermique, à l'unité électronique de puissance de chaque moteur électrique ou alternateur, le cas échéant à l'embrayage, à la boîte de vitesses, etc. L'invention permet donc au superviseur d'apprendre et de reconnaître le trajet suivi, c'est-à-dire à la fois le profil de traction et la puissance demandée par les auxiliaires, de calculer un profil désiré d'état de charge de la batterie à partir de la connaissance du trajet, lors de l'étape d'initialisation, d'évaluer un critère de performance de la solution à l'issue de l'exécution d'un trajet, et d'adapter, suivant le résultat du critère et au cours de réalisations successives du trajet, ledit profil d'état de charge. On entend ici par trajet, non seulement le profil de vitesse mais également un profil de puissance des différents organes consommateurs d'énergie dans le véhicule. Le trajet peut être caractérisé par un profil de puissance mémorisé par le superviseur. On prévoira également que le conducteur dispose d'un bouton, au sens mécanique ou électronique du terme, lui permettant de sélectionner un niveau de charge de la batterie en fin de trajet. En effet, si i1 le véhicule dispose à la fin de son trajet d'une possibilité de recharge de sa batterie sur le réseau électrique, le conducteur choisira alors de terminer son trajet à un niveau de charge très bas de façon qu'il minimise sa consommation énergétique. Au contraire, si le véhicule atteint en fin de trajet une zone de restriction du fonctionnement des moteurs thermiques des véhicules à cause de la pollution ou des nuisances sonores, notamment en centre ville, le conducteur peut choisir de terminer son trajet à un niveau de charge très haut de façon à pouvoir traverser ensuite cette zone uniquement à partir de l'énergie électrique stockée. La mise à la disposition du conducteur d'un moyen de sélection d'un niveau de charge final désiré de la batterie est donc particulièrement avantageuse. REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de l'énergie dans un véhicule à moyen de propulsion hybride, du type comprenant un moteur électrique, un élément de stockage d'énergie électrique, un générateur électrique et un superviseur, dans lequel le superviseur: - effectue l'apprentissage d'un trajet, - calcule un profil désiré d'état de charge dudit élément de stockage, - évalue, à la fin dudit trajet, la qualité dudit profil qui a été suivi par le véhicule, et - adapte le profil reconnu suivant la qualité évaluée et au cours des exécutions ultérieures du trajet. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le superviseur reconnaît la destination. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le superviseur commande le fonctionnement du moyen de propulsion en fonction de variables liées au style de conduite du conducteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conducteur effectue un réglage de la valeur cible finale de l'état de charge dudit élément de stockage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le superviseur prend en compte le vieillissement dudit élément de stockage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'évaluation de la qualité dudit profil prend en compte la satisfaction des demandes du conducteur au cours du trajet. 7. Système de propulsion hybride, du type comprenant un moteur électrique (7), un élément de stockage d'énergie électrique (3), un générateur électrique (1) et un superviseur (12), caractérisé par le fait que le superviseur comprend: - un module d'apprentissage d'un trajet, - un module de calcul d'un profil désiré d'état de charge dudit élément de stockage, un module d'évaluation, à la fin dudit trajet, de la qualité dudit profil qui a été suivi par le véhicule, et - un module d'adaptation du profil désiré suivant la qualité évaluée et au cours des exécutions ultérieures du trajet. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le superviseur comprend: - un module de reconnaissance du style de conduite du conducteur, - un module de reconnaissance de la destination, - un module de d'évaluation du vieillissement dudit élément de stockage, et un module de réglage de la valeur cible finale de l'état de charge dudit élément de stockage. 9. Véhicule comprenant un système selon la revendication 7 ou 8.