Brevet FR2892471A1 — publié le 20070427

La présente invention concerne un procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne d'une chaîne de traction hybride parallèle d'un véhicule automobile. On entend par chaîne de traction hybride parallèle une chaîne de traction fournissant à un arbre de roue une énergie mécanique à partir d'au moins un moteur de type irréversible (en général un moteur thermique), et d'au moins un moteur de type réversible (en général une machine électrique), et dans laquelle le noeud d'énergie provenant des deux moteurs est de nature mécanique. Par la suite, on pourra désigner le moteur irréversible par moteur thermique et le moteur réversible par machine (ou moteur) électrique , étant entendu que ce moteur électrique pourra fonctionner suivant un mode moteur et un mode générateur. On e représenté sur les Figures 1 et 2, de façon schématique, deux architectures de chaînes de traction hybride parallèles de type connu, par exemple par la demande de brevet français publiée sous le n 2 814 121, auxquelles s'applique plus particulièrement l'invention. Dans une première architecture, illustrée à la figure 1, la chaîne de traction 1 comprend essentiellement, d'amont en aval vers un arbre de roue 2, un moteur thermique 3, un moteur électrique 5, et un organe de transmission 7 à rapport de vitesse variable (appelé également variateur de vitesse), telle qu'une boîte de vitesses. La chaîne de traction 1 comprend en outre un premier embrayage 11, reliant le moteur thermique 3 à la machine électrique 5, et un deuxième embrayage 12 reliant la machine électrique 5 à l'organe de transmission 7. Les embrayages 11, 12 peuvent être de type sec, mais dans le cadre de l'invention, ils seront de préférence de type humide. La chaîne de traction de la figure 1 peut ainsi fonctionner suivant un mode électrique pur, dans lequel l'embrayage 11 est ouvert afin de ne pas transmettre de couple entre la machine électrique 5 et le moteur thermique 3, et dans lequel seule la machine électrique 5 fournit de l'énergie mécanique à l'arbre de roue 2, ou en prélève. Cette chaîne de traction 1 peut également fonctionner selon des modes hybrides, dans lesquels l'embrayage 11 est glissant ou fermé, afin de transmettre du couple entre le moteur thermique 3 et la machine électrique 5. Selon une deuxième architecture, la chaîne de traction 101 de la figure 2 diffère de celle de la figure 1 essentiellement en ce que le moteur thermique 3 est placé, fonctionnellement, en aval de la machine électrique 5, le deuxième embrayage 12 reliant le moteur thermique 3 (et non plus la machine électrique 5) à l'organe de transmission 7. Dans cette deuxième architecture connue, la chaîne de traction 101 fonctionne dans un mode hybride, dans lequel le premier embrayage 11 est glissant ou fermé, de façon à transmettre du couple entre la machine électrique 5 et le moteur thermique 3. Dans cette deuxième architecture, contrairement à la première, la chaîne de traction n'a pas de mode de 25 fonctionnement électrique pur. L'invention concerne donc plus particulièrement un procédé de démarrage d'un moteur thermique d'une chaîne de traction hybride parallèle d'un véhicule automobile, ladite chaîne de traction comprenant ledit moteur thermique, une 30 machine électrique, un organe de transmission à rapport de vitesse variable, un premier embrayage reliant le moteur thermique à la machine électrique, et un deuxième embrayage reliant l'organe de transmission à la machine électrique ou au moteur thermique. Dans le cas de la première architecture, l'invention a pour objet un procédé de démarrage du moteur thermique à partir d'un mode de roulage électrique pur, ou à partir d'une phase d'arrêt. Dans le cas de la deuxième architecture, l'invention a pour objet un procédé de démarrage du moteur thermique à partir d'une phase d'arrêt du véhicule. Dans les chaînes de traction hybrides connues, telles que décrites en référence aux Figures 1 et 2, le démarrage du moteur thermique est réalisé en fermant le premier embrayage 11 et en augmentant brusquement la puissance électrique fournie par la machine électrique 5. L'inertie du moteur thermique étant très importante, la phase de démarrage du moteur thermique implique un dimensionnement important de la machine électrique, ainsi qu'un apport important d'énergie électrique. Cela est pénalisant du point de vue de l'encombrement et du coût de la machine électrique et de son électronique de puissance. En outre, cet apport d'énergie provoque, dans la phase de démarrage du moteur thermique, des variations importantes du couple à la roue, qui sont ressenties par les utilisateurs du véhicule. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de proposer un procédé de démarrage du type précédemment exposé, qui permette de limiter le dimensionnement de la machine électrique, et de réduire, voire supprimer, les à-coups sur le couple à la roue lors du démarrage du moteur thermique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précédemment exposé, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à : a) placer le premier embrayage en position ouverte ; b) alimenter la machine électrique de façon à l'entraîner, selon un fonctionnement en mode moteur, à une vitesse conférant à son rotor une énergie cinétique supérieure à l'énergie nécessaire au lancement du moteur 5 thermique, et c) fermer le premier embrayage de façon à transmettre, de la machine électrique vers le moteur thermique, une énergie au moins suffisante pour compenser le couple résistant de l'arbre-moteur du moteur thermique, et 10 entraîner ce dernier à une vitesse de lancement. De préférence, durant l'étape b), on alimente la machine électrique de façon qu'elle délivre son couple maximal. Suivant des caractéristiques optionnelles du procédé 15 selon l'invention, appliquée à la première architecture : - on pilote le deuxième embrayage de façon à maintenir sensiblement constants la vitesse et le couple en entrée de l'organe de transmission ; et - le procédé comporte les étapes suivantes, 20 effectuées après lancement du moteur thermique consistant à : f) amener le moteur thermique à un régime supérieur au régime, en entrée de l'organe de transmission, et supérieur ou égal à un régime minimal déterminé pendant une 25 période de transition déterminée, et g) fermer le deuxième embrayage. Suivant des caractéristiques optionnelles du procédé selon l'invention, appliquée à la deuxième architecture, après l'étape c), 30 f) on augmente les régimes respectifs de la machine électrique et du moteur thermique, en entrée de l'organe de transmission, de manière à atteindre un régime déterminé permettant le décollage du véhicule ; et après l'étape f), on ferme le deuxième embrayage. Des modes particuliers de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux Figures 3 et 4 des dessins annexés, sur lesquels - la figure 3 est un graphique illustrant l'évolution, avec le temps, des vitesses de rotation et des couples dans une chaîne de traction conforme à la première architecture, durant l'exécution d'un procédé de démarrage selon l'invention ; et - la figure 4 est une Figure analogue à la Figure 3, pour une chaîne de traction conforme à la deuxième architecture. Sur les figures 3 et 4, on a tracé l'évolution, en fonction du temps t, porté en abscisses, d'une part des vitesses de rotation d'arbre w, et d'autre part des couples C suivants . - m3, qui est le régime de rotation d'arbre du moteur thermique 3 ; -œ,, qui est le régime de rotation du rotor de la 20 machine électrique 5 ; - (07, qui est le régime de rotation de l'arbre d'entrée du variateur de vitesse 7 ; et - C3, qui est le couple de l'arbre du moteur thermique 3 ; 25 - C;, qui est le couple du rotor de la machine électrique 5 ; - C,, qui est le couple de l'arbre d'entrée du variateur de vitesse 7 ; - Cilr qui est le couple transmis par l'embrayage 11 30 du moteur thermique 3 vers la machine électrique 5. Dans les exemples représentés, et pour simplifier les graphiques, les couples présentent des profils en créneaux significatifs de variations quasi-instantanées correspondant à une situation idéale. PREMIERE ARCHITECTURE On va dans un premier temps décrire en référence à la figure 3 un procédé de démarrage conforme à l'invention, dans le cadre de la première architecture représentée sur la figure 1. Dans l'exemple représenté, le procédé de démarrage est exécuté à partir d'un mode de roulage électrique pur, dans lequel le deuxième embrayage 12 transmet du couple entre la machine électrique 5 et le variateur de vitesse 7 ; le premier embrayage 11 étant ouvert et ne transmettant aucun couple entre la machine électrique 5 et le moteur thermique 3. Ainsi, à l'instant initial t=0, le régime w7 et le couple C7 en entrée de variateur 7 ne sont pas nuls. Le procédé de démarrage illustré sur la Figure 3 peut être décomposé en huit phases successives, ci-après explicitées, et référencées sur la figure de P1 à P8. Durant tout le procédé de démarrage consistant dans ces huit prases, le deuxième embrayage 12 est piloté pour répondre au moins partiellement à la demande du conducteur (se traduisant par un appui plus au moins important sur la pédale d'accélérateur) et éviter que les utilisateurs ne ressentent des à-coups lors de la mise en route du moteur thermique. Dans la suite de la description, on considérera un exemple dans lequel le régime cible est constant. Première phase P1: A l'état initial en roulage électrique pur, le premier embrayage 11 étant ouvert et le deuxième embrayage 12 étant fermé, le régime W7 en entrée du variateur de vitesse 7 est égal au régime W5 de la machine électrique 5, tandis que ._e régime W3 du moteur thermique 3 est nul. De la même façon, le couple C7 en entrée du variateur de vitesse 7 est égal au couple C5 développé par la machine électrique 5, le couple du moteur thermique 3 C3 étant nul. Deuxième phase P2 : Au début de cette phase intervient la décision de démarrage du moteur thermique 3, prise par un calculateur, non représenté, qui met en oeuvre une stratégie pré-programmée de pilotage de la chaîne de traction. Le deuxième embrayage 12 est amené en limite de glissement. Les vitesses de rotation (03r (05, 07 et les couples C3, C5, C7 sont maintenus au niveau de ceux de la phase 1. Troisième phase P3 : La machine électrique est brusquement alimentée à pleine puissance, de façon à atteindre son couple maximal Cmax et monter en régime. Le passage au couple maximal est quasiment instantané au début de la phase 3, le régime étant accru de façon progressive jusqu'à son maximum à la fin de 20 la phase 3. Le couple transmis par le deuxième embrayage 12 est toujours régulé de façon à maintenir C7 constant en entrée du variateur de vitesse 7. Durant cette phase, le premier embrayage 11 reste 25 ouvert, de sorte que le couple transmis C11 reste nul. Durant la troisième phase P3, l'énergie cinétique du rotor de la machine électrique 5 est amenée à un niveau supérieur à l'énergie nécessaire au lancement du moteur thermique 3, déterminé, par exemple à partir d'une 30 cartographie. Quatrième phase P4 : Le moteur électrique 5 étant à son couple maximal, le premier embrayage 11 est positionné pour glisser en 15 transmettant un couple C1] supérieur au couple résistant de frottement du moteur thermique 3. La vitesse de rotation W5 du moteur électrique 5 diminue progressivement, tandis que le régime W3 du moteur 5 thermique augmente progressivement jusqu'à un régime de lancement œ en fin de quatrième phase P4. Dans la quatrième phase P4, l'énergie cinétique accumulée par la machine électrique 5 durant la phase P3 est utilisée pour compenser l'inertie et les frottements de 10 l'arbre du moteur thermique 3 et entraîner ce dernier à régime de lancement ûL. Le moteur thermique 3 peut alors passer les premières compressions et être mis en fonctionnement autonome. 15 Cinquième phase P5; Le premier embrayage 11 reste positionné pour glisser, en laissant passer un couple aidant à la prise de tours du moteur thermique 3. Le couple du moteur thermique 3 devient positif pour 20 que son régime puisse dépasser le régime de l'arbre d'entrée du variateur 7. En fin de phase 5, intervient le croisement des régimes (A3 du moteur thermique 3 et (07 d'arbre d'entrée du variateur 7.. 25 Jusqu'à la fin de la phase 5, le couple C5 est maintenu à son niveau maximal Cmax Sixième phase P6 : Le premier embrayage 11 est amené en position fermée. 30 Le couple C5 du moteur électrique 5 et le deuxième embrayage 12 sont toujours pilotés pour transmettre un couple tel que le couple C7 reste constant, mais également de manière que le régime w5 de la machine électrique 5 reste supérieur au régime w7 en entrée de variateur 7. Du rait de la fermeture de l'embrayage 11, le régime w3 devient égal au régime w5. A partir de cette phase, le couple C5 de la machine électrique 5 passe à un niveau inférieur à sa valeur maximale C,ax, la machine électrique 5 pouvant alors fonctionner en mode moteur ou en mode générateur. En d'autres termes, le couple C5 peut être moteur ou résistant, selon le couple de consigne en entrée de variateur 7. Dans l'exemple représenté, le couple C5 devient résistant dès la phase 6. Septième phase P7 : Durant cette phase, on ferme progressivement le deuxième embrayage 12 de façon que les régimes w3r w5 du moteur thermique 3 et de la machine électrique 5 rejoignent, en décroissant,le régime w7 en entrée de variateur 7. Cette dernière est maintenue constante, et ce, selon un profil désiré. Si le régime w7 est en dessous d'un seuil minimal déterminé, les régimes respectifs w3 et w5 du moteur thermique 3 et de la machine électrique 5 sont maintenus au dessus de cette valeur minimale en attendant l'accroissement du régime W7 et le dépassement de ce seuil. Huitième phase P8 : Cette phase représente la fin du processus de démarrage, le moteur thermique 3 étant en fonctionnement, les deux embrayages 11, 12 étant fermés, et les régimes w3 du moteur thermique 3 et w5 de la machine électrique 5 coïncidant avec le régime W7 en entrée du variateur 7. 30 DEUXIEME ARCHITECTURE Sur la figure 4, on a illustré un procédé de démarrage conforme à l'invention, dans le cadre de la deuxième architecture de chaîne de traction hybride représentée sur la figure 2. Le procédé de démarrage est réalisé à partir d'une phase d'arrêt du véhicule, dans laquelle les deux embrayages 11, 12 sont ouverts de façon à ne transmettre aucun couple. Le procédé est décrit ci-après, en étant décomposé en sept phases successives, référencées de S1 à s,. Première phase S1 : Cette phase correspond à l'état initial du système, dans lequel les deux embrayages 11, 12 sont ouverts et où le moteur thermique 3 et la machine électrique 5 sont arrêtés. Durant cette phase SI, on attend la décision de démarrage du moteur thermique 3. On comprendra que cette étape peut également être réalisée, à l'arrêt du véhicule, avec un régime initial w5 de la machine électrique non nul. Deuxième phase S2 : Cette phase consiste à accumuler de l'énergie cinétique dans la machine électrique 5. A cet effet, la machine électrique 5 est alimentée à pleine puissance de façon à atteindre son couple maximal Cmax, et ce de façon quasi-instantanée à partir de l'état initial. Les embrayages 11, 12 restent ouverts. Durant cette phase, le régime 05 de la machine électrique 5 augmente progressivement jusqu'à sa valeur de régime optimal wopt. Comme dans la phase P3 du premier mode de réalisation décrit à la figure 3, la phase S2 a pour but d'accumuler une énergie cinétique dans la machine électrique 5, suffisante pour compenser le couple résistant de l'arbre- moteur dû à l'inertie et aux frottements, passer la première compression, en entraîner l'arbre du moteur thermique 3 à régime de lancement wL. Troisième phase S3 . Il s'agit de la phase de lancement du moteur thermique 3. La machine électrique 5 ayant atteint son régime optimal O opt au couple maximal Cmax, le premier embrayage 11 est positionné pour que le couple transmis au moteur thermique 3 soit supérieur au couple nécessaire au démarrage du moteur thermique 3. Dans cette phase, le deuxième embrayage 12 reste 10 ouvert. Pendant cette phase, le couple C3 du moteur thermique 3 est un couple résistant, et le régime du moteur 3 03 augmente progressivement jusqu'au régime de lancement wL• 15 Quatrième phase S4 : Le moteur thermique 3 est lancé et son couple développé C3 est amené à un niveau Cp assurant la poursuite de sa montée en régime, avec un couple C5 maintenu constant à sa valeur maximale Cmax 20 Le couple Cu transmis par le premier embrayage 11 peut être amené à une valeur inférieure au couple atteint lors de la troisième phase afin de limiter les phénomènes vibratoires.. Dans cette phase, le deuxième embrayage 12 est 25 maintenu ouvert. Lors des troisième S3 et quatrième S4 phases,le régime (05 de la machine électrique 5 décroît progressivement et atteint, à la fin de la phase 4, un niveau qui reste supérieur au régime de lancement (oL. 30 Cinquième phase S5 Au début de cette phase, le premier embrayage 11 est fermé de sorte qu'à partir du début de la phase 5, et 11 jusqu'à la fin du procédé de démarrage, le régime w5 reste égal au régime 0)3. Durant cette phase, les régimes co3r w5 augmentent coinjointement jusqu'à une valeur intermédiaire dite de décollage cap supérieure au régime de consigne (07o . Au cours de cette phase, le couple C3 du moteur thermique 3 C3, est par exemple amené à un niveau Cp au début de la phase 4 et maintenu à ce niveau puis, est brusquement ramené au niveau de consigne Cu. . 10 Durant toute la phase S5, le couple C5 est maintenu à son niveau maximal Cmax Le but de cette phase est d'augmenter les régimes w3 un régime cible cap déterminé permettant le cible wp peut être fixe et sous forme d'une cartographie, ou calculé lors de la commande de démarrage en fonction de divers paramètres ou variables liés à l'état du moteur thermique 3. 20 Sixième phase S6 : Au début de cette phase, on amène le deuxième embrayage 12 en position fermée, et on diminue brusquement, par exemple à une valeur nulle, le couple C5 de la machine 25 électrique 5, de sorte que les régimes W5 et coi de la machine électrique 5 et du moteur thermique 3 décroissent ensemble jusqu'à la valeur de consigne wu en entrée de variateur. Septième phase S7 : Cette phase correspond à un début de roulage en mode 30 hybride et à la fin du procédé de démarrage du moteur thermique. Dans l'exemple représenté, durant cette phase S7, la machine électrique 5 fonctionne en générateur, et engendre 15 W5 pour atteindre décollage. Ce régime préenregistré,par exemple et un couple résistant (négatif) dans la chaîne de traction, le couple C3 du moteur thermique étant amené à un niveau supérieur à celui de la phase S6, afin de faire croître le régime en entrée de variateur. Dans les deux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, on réalise le démarrage du moteur thermique en amenant la machine électrique à un régime élevé et en utilisant l'énergie cinétique du rotor ainsi emmagasinée, avant de lier mécaniquement le moteur thermique à la machine électrique. Grâce à l'invention, la phase de démarrage du moteur thermique n'est pas prépondérante dans le dimensionnement de la machine électrique. Il devient ainsi possible d'utiliser, dans les chaînes de traction hybrides, des machines électriques ayant une puissance limitée aux besoins et aux performances requises dans les différentes phases de roulage. REVENDICATIONS 1. Procédé de démarrage d'un moteur thermique (3) d'une chaîne de traction hybride parallèle (1 ; 101) d'un véhicule automobile, ladite chaîne de traction (1 ; 101) comprenant ledit moteur thermique (3), au moins une machine électrique (5), un organe de transmission (7) à rapport de vitesse variable, un premier embrayage (11) reliant le moteur thermique (3) à la machine électrique (5), et un deuxième embrayage (12) reliant l'organe de transmission (7) à la machine électrique (5) ou au moteur thermique (3), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives consistant à . a) placer le premier embrayage (11) en position ouverte ; b) après positionnement du deuxième embrayage (12) en limite de glissement, alimenter la machine électrique (5) de façon à l'entraîner, selon un fonctionnement en mode moteur, à une vitesse conférant à son rotor une énergie cinétique supérieure à l'énergie nécessaire au lancement du moteur thermique (3), et c) fermer le premier embrayage (11) de façon à transmettre, de la machine électrique (5) vers le moteur thermique (3), une énergie au moins suffisante pour compenser le couple résistant de l'arbre-moteur du moteur ' 25 thermique, et entraîner ce dernier à une vitesse de lancement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, durant l'étape b) on alimente la machine électrique (5) de façon qu'elle délivre son couple maximal 30 (Cmax) 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, la chaîne de traction (1) étant telle que le deuxième embrayage (12) relie la machine électrique (5) à l'organe de transmission (7), le démarrage étant réalisé à partir d'unmode de roulage électrique pur, caractérisé en ce qu'on pilote le deuxième embrayage (12) pour répondre au moins partiellement à la demande du conducteur. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé 5 en ce qu'il comporte les étapes suivantes, effectuées après lancement du moteur thermique (3): d) amener le moteur thermique (3) à un régime supérieur au régime (oh), en entrée de l'organe de transmission (7), et supérieur ou égal à un régime minimal 10 déterminé, et e) fermer le deuxième embrayage (12). 5. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, la chaîne de traction (101) étant telle que le deuxième embrayage (12) relie le moteur thermique (3) à l'organe de 15 transmission (7), le démarrage étant réalisé à partir d'une phase d'arrêt du véhicule, caractérisé en ce qu'après l'étape c) f) on augmente les régimes respectifs (W5 et CW3) de la machine électrique (5) et du moteur thermique (3), en 20 entrée de l'organe de transmission (7), de manière à atteindre un régime déterminé (wp) permettant le décollage du véhicule ; et en ce que après l'étape f), on ferme le deuxième embrayage (12). 25 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le régime (COp) permettant le décollage du véhicule est déterminé à partir de valeurs fixes prédéterminées ou calculées lors de la commande de démarrage en fonction de divers paramètres ou variables liés à l'état du moteur 30 thermique (3).