Brevet FR2909957A1 — publié le 20080620

Procédé de freinage pour véhicule hybride et procédé d'amélioration d'un véhicule hybride pour la mise en oeuvre de ce procédé L'invention concerne un procédé de freinage pour véhicules hybrides dans lequel un couple de freinage récupératif et un couple de freinage dissipatif sont appliqués aux roues. L'invention a notamment pour but d'augmenter le couple de freinage récupératif appliqué aux roues par la io machine électrique tout en garantissant un bon contrôle de ce véhicule. Les systèmes de freinage dans lesquels un couple de freinage récupératif et un couple de freinage dissipatif sont appliqués aux roues sont connus. Le couple de freinage récupératif est appliqué aux roues par l'action d'une machine électrique jouant un rôle de génératrice pour recharger une 15 batterie à laquelle elle est reliée. Le couple de freinage dissipatif est appliqué aux roues au moyen de freins à disque ou à tambour qui appliquent un effort de friction sur un élément mobile tournant avec les roues. Deux types de freinage récupératifs existent et sont distingués par la législation européenne de freinage. Le premier type est un système à 20 récupération de catégorie A exerçant un couple freineur aux roues sans action du conducteur sur la pédale de frein. Une représentation de la caractéristique de freinage d'un tel système est représentée à la figure 1. On constate que le couple Cmell récupératif appliqué par la machine électrique aux roues en fonction de l'enfoncement de la pédale de frein 25 (cadran en bas à gauche) est constant quel que soit l'enfoncement de la pédale de frein. La somme du couple appliqué par les freins Chydr1 et la machine électrique Cmell aux roues augmente en fonction de l'enfoncement de la pédale de frein. Pour sa mise en oeuvre, le système de catégorie A ne nécessite a priori aucune adaptation de la chaîne de traction du véhicule 30 hybride. Le deuxième type est un système à récupération de catégorie B exerçant un couple freineur commandé par la pédale de frein. L'invention trouve une application avantageuse dans ce type de systèmes. Ces systèmes permettent notamment de découpler l'action pédale de frein du 35 couple réalisé par le système de freinage dissipatif conventionnel. Ainsi, ils 2909957 2 offrent la possibilité de piloter la répartition entre le frein récupératif réalisé par la chaîne de traction électrique et le frein dissipatif réalisé par le système de freinage hydraulique conventionnel. Les inconvénients de ces dispositifs sont qu'ils ajoutent un coût 5 significatif au véhicule ainsi que des risques en sûreté de fonctionnement et de qualité à l'usage en raison de leur complexité intrinsèque. Ainsi, le document JP2003-284202 décrit un procédé de gestion de répartition entre le système de freinage conventionnel et le freinage récupératif de la machine électrique. Ce procédé comporte une étape io consistant à augmenter le freinage récupératif alors que la pédale de frein est actionnée. Toutefois, ce procédé implique une modification intrinsèque du système de freinage hydraulique. Le dispositif de freinage récupératif selon l'invention se propose de résoudre les inconvénients précités. 15 A cette fin, il repose sur des modifications mineures de l'architecture matérielle de freinage déjà existante et maîtrisée. Ainsi, en ajoutant un capteur de pression et/ou de course de pédale à un système de catégorie A, il permet d'optimiser la récupération d'énergie pendant les phases de freinage. L'ajout des capteurs est réalisé de manière non intrusive , c'est- 20 à-dire sans modifier intrinsèquement les éléments du système. En supplément de la décélération réalisée en lever de pied, l'invention met en oeuvre les étapes consistant à : - ajouter un couple de freinage électrique supplémentaire (dans la mesure où l'état de la machine électrique le permet) lorsqu'un appui pédale 25 de frein est détecté. L'appui pédale de frein peut être détecté par un capteur inductif de type BLS, et/ou par le capteur de course pédale, et/ou par le capteur de pression hydraulique de freinage, et - moduler et piloter ce couple de freinage électrique supplémentaire en fonction de la position pédale de frein mesuré par le capteur de course 30 pédale et/ou de la pression hydraulique de freinage mesurée par le capteur de pression freinage. Dans une mise en oeuvre, le superviseur du système de frein qui est un calculateur ABS ou ESP, détecte la situation de vie de freinage et commande l'application du couple de freinage électrique supplémentaire en 35 fonction de cette situation de vie. La situation de vie dépend notamment de la 2909957 3 vitesse du véhicule, de la trajectoire de la route (ligne courbe ou droite), et de l'adhérence des pneus sur la route (adhérence sur route sèche ou mouillée). Le superviseur frein commande en outre la modulation du couple de freinage récupératif en fonction de la position de la pédale de frein mesurée 5 par le capteur de course pédale et/ou de la pression hydraulique de freinage mesurée par le capteur de pression. Le superviseur frein pilote aussi la modulation du couple de freinage récupératif en fonction de la vitesse véhicule et du rapport de boite engagé. Le superviseur frein module de plus le couple de freinage récupératif de manière à ne jamais dépasser une limite io acceptable par le conducteur en terme d'agrément. Toutefois, en cas d'activation des fonctions de régulation du freinage telles que l'ABS (Anti-lock Braking System en anglais) ou de l'ESP (Electronic Stability Program en anglais), qui sont mises en oeuvre lorsque le véhicule perd de l'adhérence ou ne suit pas la trajectoire désirée, les 15 régulations et lois de commande propres à ces fonctions (implantées dans l'unité de commande) prennent le contrôle et pilotent le couple de freinage électrique supplémentaire. La consigne de couple de freinage récupératif supplémentaire ainsi déterminée par le superviseur frein est alors transmise au calculateur qui 20 pilote la machine électrique. Celui-ci commande la machine électrique afin qu'elle réalise ce couple régénératif. L'invention concerne donc un procédé de freinage pour un véhicule hybride comportant un moteur thermique et une machine électrique formant une chaîne de traction, cette chaîne de traction étant reliée à des roues du 25 véhicule, ce véhicule comportant une pédale de frein qui commande le freinage du véhicule, ce procédé comportant les étapes suivante : - lorsqu'un appui sur la pédale de frein du véhicule est détecté, - on applique un couple de freinage dissipatif aux roues au moyen de freins reliés à un circuit de freinage hydraulique, ces freins frottant sur des 30 éléments tournant avec les roues, et - on applique un couple de freinage supplémentaire aux roues au moyen de la machine électrique, - ce couple de freinage supplémentaire étant modulé en fonction de la course de la pédale de frein et/ou de la pression hydraulique de freinage. 2909957 4 Dans une mise en oeuvre, pour moduler le couple de freinage de la machine électrique, il comporte les étapes suivantes : - mesurer le couple de freinage maximum de la machine électrique, - calculer un premier gain correctif qui dépend de la vitesse du 5 véhicule et de la course pédale de frein, et/ou - calculer un deuxième gain correctif qui dépend de la vitesse du véhicule et de la pression de freinage, - multiplier le couple de freinage maximum par le premier et/ou le deuxième gain correctif calculé, et io - commander la machine électrique de sorte que la valeur du couple de freinage électrique appliqué aux roues en complément du freinage dissipatif soit sensiblement égale au résultat de la multiplication. Comme on le verra, ces gains correctifs peuvent dépendre du rapport de vitesse engagé. 15 L'invention concerne en outre un procédé d'amélioration d'un véhicule hybride comportant un moteur thermique et une machine électrique formant une chaîne de traction, cette chaîne de traction étant reliée à des roues du véhicule, dans lequel : - on ajoute un capteur de course pédale et/ou un capteur de pression, 20 de sorte que - le couple de freinage supplémentaire appliqué par la machine électrique aux roues lorsque la pédale de frein est enfoncée est modulé en fonction de la course de la pédale de frein et/ou de la pression hydraulique de freinage. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : - figure 1 (déjà décrite) : une courbe représentant le couple appliqué aux roues en fonction d'un enfoncement de la pédale de frein pour un 30 procédé de freinage récupératif selon l'état de la technique ; -figure 2 : une représentation schématique d'un véhicule hybride mettant en oeuvre le procédé de freinage récupératif selon l'invention ; - figures 3-5 : des représentations schématiques de la gestion de commande selon l'invention du couple récupératif appliqué par la machine 2909957 5 électrique dans la cas d'un système de freinage selon l'invention comportant un capteur d'enfoncement et/ou un capteur de pression hydraulique ; - figure 6 : une courbe représentant le couple appliqué aux roues en fonction d'un enfoncement de la pédale de frein pour un procédé de freinage 5 récupératif selon l'invention. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 2 montre un système de contrôle de freinage selon l'invention appliqué à un véhicule 1 hybride. Les roues du véhicule sont io représentées par leurs disques de freinage respectifs associés. Des roues 2.1, 2.2 avant de ce véhicule qui fonctionnent en tant que roues motrices sont entraînées par une machine 3 électrique et un moteur thermique (non représenté). Cette machine 3 et ce moteur peuvent par exemple être reliés entre eux par l'intermédiaire d'un embrayage et ils peuvent être 15 accompagnés d'une boite de vitesse pilotée ou d'une CVT (Continuously Variable Transmission). La machine 3 électrique est reliée à l'arbre de ces roues par l'intermédiaire d'un ensemble différentiel 4. Cette machine 3 est également reliée à une batterie 7 par l'intermédiaire d'un circuit de puissance. 20 La machine électrique 3 transmet aux roues 2.1-2.4 un couple de freinage récupératif lorsqu'elle fonctionne en mode générateur pour recharger la batterie 7 et que son arbre est entraîné par les roues. Cette phase de recharge se produit lors d'une décélération ou d'un freinage. Un superviseur 8 commande le couple appliqué par la chaîne de 25 traction formée du moteur thermique et de la machine 3 électrique. En particulier, le superviseur 8 commande le couple de freinage appliqué par la machine 3 aux roues 2.1-2.4. Par ailleurs, le véhicule 1 comporte un système 10 de freinage hydraulique. Ce système 10 comporte un dispositif d'assistance au freinage 30 par dépression 11 qui amplifie l'effort fourni par le conducteur sur la pédale 20. A cet effet, le dispositif 11 est relié à une source 13 de vide qui permet d'avoir des pressions différentes sur le piston qu'il comporte (non représenté). Ce dispositif 11 est relié à un maître-cylindre 12 alimenté en liquide par un réservoir 15. Ce maître-cylindre 12 est relié aux freins 16.1- 35 16.4 par l'intermédiaire d'un réseau 17 de canalisations. 2909957 6 Ainsi lorsque le conducteur appuie 19 sur la pédale 20 pour freiner, l'ensemble amplificateur 11 et maître-cylindre 12 transforme la force mécanique fournie par le conducteur lors de l'appui sur la pédale en une pression hydraulique. Les canalisations transmettent alors cette pression 5 hydraulique aux freins 16.1-16.4. Ces freins transforment cette pression en une force capable d'actionner les plaquettes contre les 4 disques 2.1-2.4. En outre, le véhicule comporte un système de type ABS. Ce système comporte un groupe hydraulique 23 relié au maître-cylindre 12 et au réseau 17 de canalisation. Ce groupe hydraulique 23 est muni d'une pompe 22 et io est associé à un superviseur de freinage 24. Ce groupe hydraulique 23 assure le contrôle de la pression hydraulique appliquée par les freins. En outre, le système ABS comporte des capteurs 27.1-27.4 mesurant la vitesse des roues qui sont reliés à des entrées 30-33 du superviseur 24. Ainsi, dès qu'une roue 2.1-2.4 du véhicule présente une vitesse de 15 rotation anormale (glissement), le superviseur 24 agit sur le groupe hydraulique 23 afin que la roue soit desserrée partiellement ou totalement par baisse ou surpression de la pression hydraulique dépendant du type de frein utilisé, dans le frein concerné. Sur la figure 2, le couple de frein dissipatif est appliqué aux quatre 20 roues, tandis que le couple de freinage électrique est appliqué uniquement sur l'essieu tracteur ou propulseur. Néanmoins, l'invention est également applicable dans le cas d'une transmission intégrale. En outre, le véhicule 1 comporte un capteur 41 contacteur de frein de type BLS (Brake Light Switch en anglais) qui permet de détecter 25 l'enfoncement de la pédale de frein. Ce capteur est relié à une entrée du calculateur 24. Le véhicule 1 comporte également des capteurs permettant d'estimer l'intensité du freinage demandé par le conducteur. En effet, le véhicule comporte un capteur 42 de course pédale de frein ou de déplacement 30 maître-cylindre et/ou un capteur 43 de pression de freinage mesurant la pression délivrée par le maître-cylindre. Ces capteurs 42, 43 sont ajoutés par rapport à une configuration ABS classique. Dans une réalisation, le capteur 43 de pression de freinage est implanté soit à l'endroit du maître-cylindre 12, soit à l'endroit du bloc hydraulique 23. 2909957 7 En variante, le bloc 24 comporte également une fonction ESP qui permet de rectifier la trajectoire du véhicule à partir du calcul d'une trajectoire attendue. Dans ce cas, le capteur 43 de pression est déjà présent sur le bloc hydraulique 23 et il n'est pas utile de le rajouter. 5 En fonction des signaux d'entrée qu'il reçoit, et notamment des signaux émis par les capteurs 42 et 43, le calculateur 24 commande le calculateur 8 de la chaîne de traction qui module le couple récupératif de la machine 3 électrique. Plus précisément, les figures 3 à 5 décrivent l'implantation des lois de io commande de l'invention dans le calculateur de freinage 24 (ABS ou ESP) et le superviseur 8 qui pilote les différents éléments de la chaîne de traction hybride, à savoir notamment le moteur thermique 52, la machine 3 électrique, et la boite de vitesses 53. La figure 3 montre le cas où le capteur 42 de course de la pédale de 15 frein et le capteur 43 de pression sont utilisés. Dans ce cas, les signaux 51, course_pedale , et pression_mtc émis respectivement par les capteurs 41-43 sont appliqués en entrée d'un module 57 qui détecte si un freinage est en cours ou non. L'information 58 produite en sortie du module 57 est transmise au 20 module 59 avec les valeurs de l'enfoncement (ou la course) de la pédale de frein course_pédale et de la pression de freinage mesurées pression_mtc respectivement par les capteurs 42 et 43. De même la valeur de la vitesse du véhicule vitesse (calculée à partir des signaux émis par les capteurs de vitesse 27.1-27.4), la valeur du rapport de vitesse 25 engagé i , et la valeur du couple de freinage électrique maximum Cf recup-max réalisable par la machine électrique sont transmises au module 59. Il est à noter que les valeurs i et Cf recup max sont transmises au superviseur frein 24 par le superviseur de chaîne de traction 8. Le module 59 calcule alors la consigne de couple freinage électrique 30 récupératif Cf recup en fonction de ces valeurs reçues. Plus précisément, dans le cas de la figure 3, le module 59 calcule Cf recup à partir de la relation suivante : Cf récup = Cf récup_max x Fcp_i(course _pédale, vitesse) x Fpmtc_i(pression_mtc, vitesse), 2909957 8 Fcp_i étant une fonction qui renvoie un gain correctif compris entre 0 et 1 en fonction de la course pédale de frein course_pedale et de la vitesse véhicule vitesse . Typiquement, cette fonction est une tabulation à 2 entrées ( course_pédale et vitesse ) et une sortie (gain entre 0 et 1). 5 Le paramétrage de la tabulation dépend du rapport i de boite de vitesses engagé. Ainsi il existe un jeu de paramètres, et une tabulation spécifique pour chaque rapport de boite de vitesse (i= neutre, 1, 2, 3,...). Fpmtc_i étant une fonction qui renvoie un gain correctif compris entre 0 et 1 en fonction de la pression de freinage et de la vitesse véhicule. io Typiquement, cette fonction est une tabulation à 2 entrées ( pression_mtc et vitesse ) et une sortie (gain entre 0 et 1). Le paramétrage de la tabulation dépend du rapport de boite de vitesse engagé. Il y a ainsi un jeu de paramètres et une tabulation spécifique pour chaque rapport de boite de vitesses (i= neutre, 1, 2, 3,...). 15 Lors de situations de vies particulières telles qu'un freinage en courbe, un freinage d'urgence (mode freinage AFU) ou une perte d'adhérence, les fonctions de régulation de l'ABS ou de I'ESP s'activent. Dans ce cas, un module 63 qui comporte les lois de commande et de régulation propres aux fonctions ABS et/ou ESP, prend le contrôle du calcul de la consigne de 20 couple de freinage récupératif Cf récup et adapte la valeur de cette consigne à ces situations de vie particulières. La consigne Cf recup de freinage électrique est alors envoyée par le superviseur 24 de freinage au superviseur 8 de chaîne de traction qui pilote la machine 3 afin de réaliser la couple de freinage électrique demandé. 25 Dans le cas d'un fonctionnement normal, la consigne de couple Cf recup est transmise par le superviseur de freinage 24 au superviseur 8 de chaîne de traction sans être adapté par le module 63. En variante, si la valeur Cmel du couple réel appliqué par la machine électrique aux roues est disponible, le module 63 exploite cette 30 valeur afin d'adapter la commande de la machine. Plus précisément, le module 63 compare le couple de consigne Cf recup avec la valeur Cmel , de sorte que le module 63 peut affiner la valeur de consigne Cf recup' envoyée au superviseur 8. La valeur Cmel , qui est mesurée ou estimée, est fournie au superviseur frein 24 par le superviseur 8. 2909957 9 La figure 4 montre une variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans laquelle uniquement un capteur 42 de course de pédale de frein est utilisé. Dans ce cas, la valeur pression_mtc , n'est pas disponible et on a : Cf récup = Cf récup_max x Fcp_i(course _pédale, vitesse). 5 La figure 5 montre une variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans laquelle uniquement un capteur 43 de pression de freinage est utilisé. Dans ce cas, la valeur course_pédale , n'est pas disponible et on a : Cf récup = Cf récup_max x Fpmtc_i(pression_mtc, vitesse). Le véhicule 1 dispose d'une capacité de détection des défaillances du io capteur 41 BLS, du capteur 42 de course pédale de frein, du capteur 43 de pression maître-cylindre, du flux d'information entre le calculateur 8 de chaîne de traction et le superviseur 24 de freinage. En cas de défaillance d'un de ces éléments, la fonction d'adaptation du couple récupératif de la machine électrique en fonction de l'enfoncement de la pédale de frein 15 ( course_pédale ) et/ou de la pression hydraulique de freinage ( pression_mtc ) est inhibée. La figure 6 montre une courbe qui représente le couple récupératif Cf recup appliqué par la machine électrique aux roues en fonction de l'enfoncement de la pédale de frein (cadran en bas à gauche). Ce couple 20 Cf recup augmente de manière sensiblement linéaire avec l'enfoncement de la pédale de frein. La courbe met ainsi en évidence que le procédé de freinage récupératif selon l'invention permet d'obtenir un couple de freinage appliqué aux roues par la machine (Cf recup) plus important qu'avec un procédé de l'état de la technique (voir Cmell sur la figure 1). 25 La deuxième courbe représente la somme du couple appliqué par les freins Chydr2 et la machine électrique Cf recup aux roues. Cette courbe est identique à celle de la figure 1. Lors du freinage, le couple appliqué par les freins est donc moins important dans le procédé selon l'invention que dans celui de l'état de la technique. Tout en optimisant la récupération d'énergie 30 dans les phases de freinage, le procédé selon l'invention permet ainsi également de limiter l'usure des freins. REVENDICATIONS 1 - Procédé de freinage pour un véhicule (1) hybride comportant un moteur thermique et une machine (3) électrique formant une chaîne de traction, cette chaîne de traction étant reliée à des roues (2.1-2.4) du véhicule (1), ce véhicule comportant une pédale (20) de frein qui commande le freinage du véhicule, ce procédé comportant les étapes suivante : -lorsqu'un appui sur la pédale (20) de frein du véhicule est détecté, - on applique un couple de freinage dissipatif aux roues au moyen de io freins (16.1-16.4) reliés à un circuit de freinage hydraulique, ces freins frottant sur des éléments tournant avec les roues (2.1-2.4), et - on applique un couple (Cf recup) de freinage supplémentaire aux roues au moyen de la machine (3) électrique, - ce couple (Cf recup) de freinage supplémentaire étant modulé en 15 fonction de la course de la pédale de frein ( course_pedale ) et/ou de la pression hydraulique de freinage ( pression_mtc ). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - l'appui sur la pédale (20) de frein est détecté au moyen d'un capteur (41) inductif de type BLS et/ou d'un capteur (42) de course de pédale et/ou 20 d'un capteur (43) de pression hydraulique de freinage. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que : - la course de la pédale de frein ( course_pedale ) est mesurée au moyen d'un capteur (42) de course de pédale. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 25 que: - la pression hydraulique de freinage ( pression_mtc ) est mesurée au moyen d'un capteur (43) de pression de freinage positionné - soit à l'endroit d'un bloc hydraulique (23) assurant le contrôle de la pression hydraulique appliquée aux freins (16.1-16.4), 30 - soit à l'endroit d'un maître-cylindre (12) assurant la transformation d'un appui sur la pédale (20) en une pression hydraulique. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour moduler le couple de freinage de la machine électrique (Cf recup), il comporte les étapes suivantes : 2909957 11 - mesurer le couple de freinage maximum (Cf recup_max) de la machine (3) électrique, - calculer un premier gain correctif (Fcp_i) qui dépend de la vitesse du véhicule et de la course pédale de frein, et/ou 5 - calculer un deuxième gain correctif (Fpmtc_i) qui dépend de la vitesse du véhicule et de la pression de freinage, - multiplier le couple de freinage maximum par le premier (Fcp_i) et/ou le deuxième (Fpmtc_i) gain correctif calculé, et - commander la machine (2) électrique de sorte que la valeur du io couple de freinage électrique (Cf recup) appliqué aux roues en complément du freinage dissipatif soit sensiblement égale au résultat de la multiplication. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - les gains correctifs (Fcp_i, Fpmtc_i) dépendent du rapport (i) de vitesse engagé. 15 7 - Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que : - le couple de freinage maximum (Cf recup_max) de la machine (3) électrique est obtenu au moyen d'un calculateur (8) qui commande le couple appliqué par la chaîne de traction. 8 - Procédé d'amélioration d'un véhicule hybride comportant un 20 moteur thermique et une machine (3) électrique formant une chaîne de traction, cette chaîne de traction étant reliée à des roues (2.1-2.4) du véhicule (1), dans lequel : - on ajoute un capteur (42) de course pédale et/ou un capteur (43) de pression de sorte que 25 - le couple (Cf recup) de freinage supplémentaire appliqué par la machine (3) électrique aux roues lorsque la pédale de frein (20) est enfoncée est modulé en fonction de la course de la pédale de frein ( course_pedale ) et/ou de la pression hydraulique de freinage ( pression_mtc ).