Brevet FR2845643A1 — publié le 20040416

Système et procédé de commande du fonctionnement de moteurs de véhicule automobile hybride. L'invention concerne le domaine de la gestion du 5 fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride. L'invention s'applique aux véhicules hybrides comprenant par exemple un moteur de traction électrique alimenté par une batterie d'alimentation embarquée à bord du véhicule et un moteur de traction 10 à combustion interne, c'està-dire aux véhicules utilisant plusieurs sources d'énergie, en particulier un carburant et une énergie électrique stockée dans la batterie. Un des soucis majeurs des fabricants de véhicules automobiles est de mettre au point des véhicules dont la consommation et les 15 émissions sont les plus faibles possibles. Les véhicules hybrides, qui offrent plusieurs modes de fonctionnement, sont capables d'utiliser les moteurs de traction en fonction des conditions de roulage du véhicule, afin de limiter la consommation et les émissions. Ainsi, par exemple, ces véhicules sont capables de fonctionner 20 soit selon un mode de fonctionnement électrique, selon lequel l'énergie motrice est fournie par un moteur électrique, soit un mode hybride, selon lequel l'énergie motrice est fournie par le moteur électrique et par un moteur thermique, qui fonctionnent alors conjointement, dans des proportions réglables. Un système de 25 commande est prévu pour déterminer quel mode de fonctionnement doit être utilisé et pour l'élaboration de commande pour le ou les moteurs correspondant au mode utilisé. On pourra, à cet égard, se référer au document FR-A-2 809 352 et au document FR-A-2 799 159, qui décrivent des systèmes et des 30 procédés de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride, et qui traitent en particulier de la stratégie de commutation entre les différents modes, de manière que ces commutations n'aient pas d'effet désagréable pour le conducteur. Au vu de ce qui précède, le but que se propose d'atteindre l'invention est de fournir un procédé et un système de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride capables de gérer l'état de charge de la batterie d'alimentation 5 du moteur électrique et minimiser la consommation et/ou les émissions. Selon l'invention, il est donc proposé un système de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride comprenant, selon une caractéristique générale, un module de 10 détermination d'un mode de fonctionnement optimal du véhicule à partir de l'état de fonctionnement du véhicule et de l'état de charge d'une batterie d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique, parmi au moins un mode de fonctionnement selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur électrique et un mode de 15 fonctionnement hybride selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique, et un module de détermination du point de fonctionnement du moteur au mode de fonctionnement optimal. Selon une autre caractéristique, ce système de commande 20 comporte en outre un module de gestion du niveau de charge de la batterie d'alimentation, qui comprend des moyens de calcul d'un paramètre représentatif de la consommation du moteur électrique et qui est adapté pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de la valeur dudit paramètre. Ainsi, grâce à l'invention, il est possible de déterminer le mode de fonctionnement optimal du véhicule en fonction, d'une part, de l'état de fonctionnement du véhicule, en particulier des consignes de vitesse et de couple demandées par le conducteur et, d'autre part, de l'état de charge de la batterie de traction, et de gérer l'état de charge 30 de cette batterie en provoquant l'exécution de cycles de charge et de décharge optimisant l'utilisation de la batterie. Selon une autre caractéristique, les moyens de calcul du paramètre représentatif de la consommation du moteur électrique comportent des moyens de mesure de l'état de charge de la batterie, des moyens de comparaison de l'état de charge de la batterie avec un niveau de charge souhaité, ledit paramètre étant calculé à partir de l'écart entre le niveau de charge mesuré et le niveau de charge souhaité, à partir d'une fonction décroissante. Ce système comporte en outre des moyens de comparaison de la valeur du paramètre avec une valeur de paramètre prédéterminée correspondant à un cycle de fonctionnement du véhicule, pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de l'écart entre la valeur dudit paramètre et la valeur 10 prédéterminée. Par exemple, le module de détermination du mode de fonctionnement optimal du véhicule comporte une cartographie dans laquelle sont stockés un ensemble de modes optimaux en fonction de l'état du véhicule. Selon une autre caractéristique du système selon l'invention, le module de détermination du mode optimal comporte en outre un étage d'élimination de modes de fonctionnement non autorisés. Dans ce cas, l'étage d'élimination de modes de fonctionnement non autorisés peut comporter des moyens de comparaison d'une 20 variable représentative d'une caractéristique de fonctionnement du moteur avec une valeur de seuil correspondant à une valeur de seuil admissible pour ladite caractéristique et pour l'un des modes de fonctionnement. Le système peut en outre comporter un étage de seuillage d'une 25 caractéristique de fonctionnement correspondant à un état demandé du véhicule, qui est raccordé en entrée de la cartographie. L'étage de seuillage est un par exemple un étage de seuillage de la dérivée du couple demandé par le conducteur du véhicule. Selon encore une autre caractéristique du système selon 30 l'invention, le module de détermination du mode de fonctionnement optimal du véhicule comporte en outre un étage de filtrage apte à autoriser ou non un changement de mode de fonctionnement. Cet étage de filtrage comporte par exemple des moyens de comparaison de la consommation réelle du véhicule et de la consommation du véhicule au mode optimal et des moyens de comparaison de l'écart entre lesdites consommations avec une valeur minimale de seuil à partir de laquelle on autorise un changement de mode. Selon un mode de réalisation, le module de détermination du point de fonctionnement du moteur, au mode de fonctionnement optimal, comporte une cartographie dans laquelle sont stockés un ensemble de points de fonctionnement du moteur en fonction du mode de fonctionnement du moteur, de l'état de fonctionnement du véhicule 10 et du paramètre représentatif de la consommation du moteur électrique. Selon l'invention, il est également proposé un procédé de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride comprenant une étape de détermination d'un mode 15 de fonctionnement optimal du véhicule à partir de l'état de fonctionnement du véhicule et de l'état de charge d'une batterie d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique, parmi au moins un mode de fonctionnement selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur électrique et un mode de fonctionnement hybride selon 20 lequel le véhicule est propulsé par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique, une étape de détermination du point de fonctionnement du moteur au mode de fonctionnement optimal, et une étape de gestion du niveau de charge de la batterie d'alimentation, l'étape de gestion du niveau de charge de la batterie comprenant le 25 calcul d'un paramètre qui est représentatif de la consommation du moteur électrique et qui est adapté pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de la valeur dudit paramètre. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels -la figure 1 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un système de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride conforme à l'invention; -la figure 2 est un schéma synoptique illustrant la structure du 5 module de détermination du mode de fonctionnement du véhicule, du système de commande de la figure 1; et -la figure 3 est un schéma synoptique illustrant le module de détermination du point de fonctionnement du moteur. Sur la figure 1, on a représenté la structure générale d'un 10 système de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride, désigné par la référence numérique générale 10. Ce système de commande est destiné à déterminer le mode de fonctionnement du véhicule, c'est-à-dire à déterminer le mode de 15 traction, et à déterminer le point de fonctionnement du moteur sélectionné. Plus particulièrement, ce dispositif 10 est destiné à sélectionner le mode de propulsion du véhicule, parmi tous les modes existants, ceux pour lesquels l'énergie motrice est fournie par un 20 moteur électrique équipant le véhicule qui est alimenté par une batterie de traction embarquée à bord du véhicule, et ceux pour lesquels l'énergie motrice est fournie par le moteur électrique et par le moteur à combustion interne, selon des proportions permettant de limiter la consommation et les émissions. Un troisième mode de 25 fonctionnement selon lequel l'énergie motrice est uniquement fournie par le moteur à combustion interne pourrait également être envisagé. Comme on le voit sur la figure 1, ce système 10 comporte essentiellement un module 12 de gestion du niveau de charge de la batterie d'alimentation du moteur électrique, qui est raccordé à un 30 étage 14 de gestion du mode de fonctionnement du véhicule, destiné à fournir, en sortie, un signal M de commande de commutation de mode destiné à commander le mode de propulsion du véhicule, parmi les modes de fonctionnement disponibles, et un signal F de commande de point de fonctionnement, constitué par exemple par une valeur de consigne de couple et de vitesse. Le module 12 de gestion de la batterie reçoit, en entrée, un signal Ebat de mesure de l'état de charge de la batterie, qui est fourni 5 par un capteur approprié, de type classique, ainsi qu'un signal Eveh, correspondant à l'état du véhicule, c'est-à-dire un signal correspondant à une valeur de couple et à une valeur de vitesse demandées par le conducteur du véhicule et élaborées par exemple à partir d'une position de la pédale d'accélérateur. Le signal de mesure de l'état de charge de la batterie peut également être calculé en additionnant, respectivement soustrayant, les ampères entrants, ou sortant, de la batterie. Dans ce cas, un capteur de tension et un capteur de courant sont nécessaires. En sortie, le module 12 de gestion de la batterie délivre une 15 valeur de paramètre P représentative de la consommation du moteur électrique. Ce paramètre P est fourni en entrée de l'étage 14 de gestion des modes de fonctionnement, qui détermine, comme cela sera décrit en détail par la suite, les signaux de commande M et F correspondant au 20 mode de propulsion à utiliser et au point de fonctionnement correspondant, à partir du signal Eveih représentatif de l'état du véhicule. En ce qui concerne le fonctionnement du module 12 de gestion de la batterie, celuici a pour fonction essentielle de gérer la charge et 25 la décharge de la batterie, de façon à optimiser l'utilisation de l'énergie électrique à moyen terme. Pour ce faire, ce module 12 effectue une comparaison entre l'état réel Ebat de charge de la batterie et une valeur moyenne de charge souhaitée. Ce niveau d'écart est présenté en entrée d'une fonction décroissante, par exemple une fonction décroissante linéaire, pour délivrer, en sortie, le paramètre P de sorte qu'un niveau haut de ce paramètre P provoque une commande de charge de la batterie et qu'un niveau bas de ce paramètre P provoque une décharge de la batterie. Par ailleurs, le module 12 de gestion incorpore, stockés en mémoire, un ensemble de paramètres prédéterminés Pk correspondant chacun à un état de fonctionnement du véhicule. Des moyens de comparaison, incorporés dans le module 12, 5 effectuent une comparaison entre le paramètre P élaboré à partir de l'état de charge de la batterie et le paramètre Pk correspondant, pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge en fonction de l'écart calculé entre les paramètres P et Pk. Ainsi, dans le cas o P est supérieur à Pk, on commande 10 l'exécution de cycles de charge à une vitesse proportionnelle à la différence P-Pk. Au contraire, si P est inférieur à Pk, on provoque l'exécution de cycles de décharge de la batterie à une vitesse proportionnelle à Pk-P. Il est ainsi élaboré un signal C de commande de la charge et de la 15 décharge de la batterie. Comme on le conçoit, de manière générale, lors du roulage d'un véhicule des états variés se succèdent, de sorte qu'une alternance de cycles de charge et de décharge ainsi créée permet de maintenir l'état de charge à l'intérieur de limites prédéterminées. Dans des cas exceptionnels o un type de cycle de fonctionnement bien particulier est maintenu pendant une durée relativement longue, par exemple lorsque le véhicule circule sur autoroute, la batterie est soit chargée, soit déchargée, jusqu'à une limite acceptable, puis est globalement maintenue dans cet état de 25 charge. On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, la structure de l'étage 14 de détermination de mode. Comme on le voit sur cette figure, cet étage 14 reçoit, en entrée, le signal Eveh correspondant à l'état du véhicule demandé par le 30 conducteur, en particulier le niveau de couple et de vitesse correspondant à un effort appliqué sur la pédale d'accélérateur, ainsi que le paramètre P correspondant à la consommation de la batterie. Le signal Eveh est présenté en entrée d'un module 16 de lissage destiné à éviter que la vitesse de variation de variables d'état du véhicule, en particulier du couple, dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Cet étage de lissage 16 est constitué par un étage de seuillage effectuant un seuillage de la dérivée du couple par rapport au temps, de manière à éviter que cette dérivée dépasse la valeur de seuil. 5 Le signal Eveh est également présenté en entrée d'un module 18 de traitement destiné à déterminer les modes de fonctionnement inadmissibles. Ce module 18 comporte essentiellement des moyens de comparaison d'une variable représentative d'une caractéristique de 10 fonctionnement avec une valeur de seuil correspondant à une valeur de seuil admissible pour cette caractéristique, pour le mode de fonctionnement en cours. Ainsi, par exemple, le module 18 procède à une comparaison entre le régime du moteur et une valeur maximale admissible pour un 15 rapport de vitesse engagé, de manière à éviter qu'un rapport de vitesse incompatible avec le régime du moteur ne soit engagé. Les variables d'état issues du module 16 de lissage, ainsi que l'indication des modes de fonctionnement disponibles issus du module 18 de traitement, sont présentées en entrée d'une cartographie 20, dans 20 laquelle sont stockés l'ensemble des modes de fonctionnement optimaux pour le véhicule, chaque mode de fonctionnement optimal étant associé à une variable d'état lissée. Ainsi, cette cartographie 20 délivre, en sortie, l'indication du mode de fonctionnement optimal correspondant à l'état du véhicule 25 demandé par le conducteur du véhicule. On notera cependant que selon différents modes de réalisation, la cartographie peut contenir soit le mode de fonctionnement optimal, soit contenir des informations relatives à chaque mode et chaque point de fonctionnement. Dans ce dernier cas, le mode optimal est déterminé 30 comme étant celui qui consomme le moins. En outre, il est également possible de déterminer le mode de fonctionnement optimal en utilisant une cartographie dans laquelle sont stockées des courbes de changement de mode, consistant en des lignes liant le couple et la vitesse, qui constituent des frontières à partir desquelles on décide de changer de mode. Le mode de fonctionnement optimal peut être déterminé à partir de la distance séparant le point de fonctionnement et une ligne de commutation. Le mode de fonctionnement optimal est présenté en entrée d'un 5 module 22 de stratégie de commutation, lequel délivre, en sortie, le signal M de commande de commutation de mode, à partir d'un signal MCOurs correspondant au mode de fonctionnement en cours. Ce module 22 est constitué par un module de filtrage destiné à autoriser ou non un changement de mode de fonctionnement. En effet, un changement de mode de fonctionnement implique d'exercer des actions d'activation ou de coupure sur des organes mécaniques, tels que des organes d'embrayage, relativement lourds à mettre en oeuvre. Ainsi, ce module 22 procède à une comparaison entre la 15 consommation réelle du véhicule et la consommation du véhicule au mode optimal et compare cet écart avec une valeur de seuil à partir de laquelle on autorise un changement de mode de fonctionnement. On autorise ainsi un changement de mode uniquement lorsque le gain en consommation est appréciable. On notera que, de 20 préférence, on utilise un seuil à hystérésis, de manière à éviter des changements de mode trop fréquents. En se référant enfin à la figure 3, l'étage 14 de détermination de mode de fonctionnement incorpore essentiellement un module 24 de détermination de points de fonctionnement du moteur, au mode de 25 fonctionnement optimal précédemment déterminé. Ce module 24 incorpore essentiellement une cartographie dans laquelle sont stockés un ensemble de points de fonctionnement en fonction du mode de fonctionnement du moteur, de l'état de fonctionnement du véhicule et du paramètre P correspondant à la 30 consommation du moteur électrique, issu du module 12 de gestion de la batterie. Ainsi, à partir de l'indication du mode optimal M, du signal P et du signal EVb qui lui sont présentés en entrée, ce module 24 délivre directement en sortie le signal F destiné à commander le 2845643 10 fonctionnement du ou des moteurs selon le point de fonctionnement spécifié. REVENDICATIONS 1. Système de commande du fonctionnement de moteurs de traction d'un véhicule automobile hybride pourvu d'un moteur de traction électrique et d'un moteur de traction à combustion interne, 5 caractérisé en ce qu'il comprend un module (14) de détermination d'un mode de fonctionnement optimal du véhicule, à partir de l'état de fonctionnement du véhicule et de l'état de charge d'une batterie d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique, parmi au moins un mode de fonctionnement selon lequel le véhicule est propulsé 10 par le moteur électrique et un mode de fonctionnement hybride selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique, et un module (24) de détermination du point de fonctionnement du moteur au mode de fonctionnement optimal, et en ce qu'il comporte en outre un module (12) de gestion du niveau de 15 charge de la batterie d'alimentation qui comprend des moyens de calcul d'un paramètre (P) représentatif de la consommation du moteur électrique et qui est adapté pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de la valeur dudit paramètre. 2. Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de calcul du paramètre représentatif de la consommation du moteur électrique comportent des moyens de mesure de l'état de charge de la batterie, des moyens de comparaison de l'état de charge de la batterie avec un niveau de charge souhaité, 25 ledit paramètre étant calculé à partir de l'écart entre le niveau de charge mesuré et le niveau de charge souhaité, à partir d'une fonction décroissante. 3. Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (12) de comparaison de la valeur du paramètre avec une valeur de paramètre prédéterminée correspondant à un cycle de fonctionnement du véhicule, pour provoquer l'exécution de cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de l'écart entre la valeur dudit paramètre et la valeur prédéterminée. 4. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module (14) de détermination du mode de fonctionnement optimal du véhicule comporte une cartographie dans laquelle sont stockés un ensemble de 10 modes optimaux en fonction de l'état du véhicule. 5. Système de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module de détermination du mode optimal comporte en outre un étage (18) d'élimination de modes de fonctionnement non autorisés. 6. Système de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étage (18) d'élimination de modes de fonctionnement non autorisés comporte des moyens de comparaison d'une variable représentative d'une caractéristique de fonctionnement avec une valeur de seuil correspondant à une valeur de seuil 20 admissible pour ladite caractéristique et pour l'un des modes de fonctionnement. 7. Système de commande selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte un étage (16) de seuillage d'une caractéristique de fonctionnement correspondant à un état demandé du 25 véhicule, qui est raccordé en entrée de la cartographie. 8. Système de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étage (16) de seuillage est un étage de seuillage de la dérivée du couple demandé par le conducteur du véhicule. 9. Système de commande selon l'une quelconque des 30 revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le module de détermination du mode de fonctionnement optimal du véhicule comporte en outre un étage de filtrage (22) apte à autoriser ou non un changement de mode de fonctionnement. 10. Système de commande selon la revendication 9, 5 caractérisé en ce que l'étage de filtrage (22) comporte des moyens de comparaison de la consommation réelle du véhicule et de la consommation du véhicule au mode optimal et des moyens de comparaison de l'écart entre lesdites consommations avec une valeur minimale de seuil à partir de laquelle on autorise un changement de 10 mode. 11. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le module (24) de détermination du point de fonctionnement du moteur, au mode de fonctionnement optimal, comporte une cartographie dans laquelle sont 15 stockés un ensemble de points de fonctionnement du moteur en fonction du mode de fonctionnement du moteur, de l'état de fonctionnement du véhicule et du paramètre représentatif de la consommation du moteur électrique. 12. Procédé de commande du fonctionnement de moteurs de 20 traction d'un véhicule automobile hybride pourvu d'un moteur de traction électrique et d'un moteur de traction à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination d'un mode de fonctionnement optimal du véhicule à partir de l'état de fonctionnement du véhicule et de l'état de charge d'une batterie 25 d'alimentation du moteur électrique en énergie électrique, parmi au moins un mode de fonctionnement selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur électrique et un mode de fonctionnement hybride selon lequel le véhicule est propulsé par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique, une étape de détermination du point de 30 fonctionnement du moteur au mode de fonctionnement optimal, et une étape de gestion du niveau de charge de la batterie d'alimentation, l'étape de gestion du niveau de charge de la batterie comprenant le calcul d'un paramètre qui est représentatif de la consommation du moteur électrique et qui est adapté pour provoquer l'exécution de 5 cycles de charge et de décharge de la batterie en fonction de la valeur dudit paramètre.