Brevet FR2907409A1 — publié le 20080425

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMPENSATION D'INTERRUPTION DU COUPLE FOURNI PAR LE GROUPE MOTOPROPULSEUR D'UN VEHICULE HYBRIDE AU COURS D'UN CHANGEMENT DE VITESSE L'invention concerne les véhicules du type comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (ou GMP) comportant un moteur thermique, une machine électrique couplée au moteur thermique, et une boîte de vitesses mécanique pilotée (BVMP), à rupture de couple, couplés au train avant du véhicule. Il est connu de la demande de brevet en France N 06 54416 10 d'associer à cette chaîne de traction, une chaîne de propulsion électrique couplée au train arrière du véhicule. Une réserve d'énergie est couplée aux deux chaînes : traction et propulsion. 15 La figure 1 montre un exemple d'architecture d'un tel véhicule qui est par la suite qualifié de véhicule hybride : moteur thermique et machine électrique sur train avant coopérant avec une machine électrique sur le train arrière. Le véhicule hybride comporte une chaîne de traction conventionnelle 20 10 comportant deux roues motrices avant respectivement 14 et 16, entraînées en rotation par le couple fourni par le moteur thermique 18 par l'intermédiaire d'un embrayage 20 et d'une boîte de vitesses mécanique pilotée 22. Le véhicule hybride comporte également une chaîne de propulsion électrique 30 sur le train arrière comportant deux roues motrices 25 arrières 32, 34 couplées mécaniquement à une machine électrique 36. La chaîne de propulsion électrique 30 est couplée à une batterie de stockage d'énergie 40. Une machine électrique de type alterno-démarreur 42 est couplée mécaniquement au moteur thermique 18 et permet d'assurer son 30 redémarrage (dans un fonctionnement de type Stop and Sart ) et la recharge de la batterie de stockage d'énergie 40 ou d'alimenter la machine électrique 36 selon les besoins. 2907409 2 La caisse du véhicule est reliée mécaniquement aux trains avant et arrière du véhicule par des dispositifs de suspension non représentés sur la figure. Dans un tel véhicule hybride de l'état de l'art, représenté à la figure 5 1, les changements de rapports de vitesses se traduisent par une discontinuité de l'effort longitudinal EL appliqué au véhicule (ou à la caisse du véhicule) et donc de l'accélération du point de vue du conducteur et des passagers du véhicule. Ce phénomène de trou d'accélération est très mal perçu par les occupants du véhicule. En effet, cette discontinuité d'accélération, lors des changements de rapports de vitesses, induit un mouvement du corps des occupants du véhicule vers l'avant du véhicule, au moment de la disparition du couple par le changement du rapport de vitesses, puis vers l'arrière au moment de l'arrivée du couple lorsqu'un nouveau rapport de vitesses est engagé. L'invention est basée sur une stratégie de compensation de l'interruption, ou rupture du couple moteur, lors d'un changement de rapport de vitesses sous couple. Pour éviter le désagrément lié au trou d'accélération du véhicule, l'invention propose un procédé de compensation de perte du couple qui est fourni par le groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, lequel comporte : - une chaîne de traction destinée à produire un effort longitudinal sur la caisse du véhicule dans la direction du mouvement du véhicule, ayant un train avant, un moteur thermique couplé à une boîte de vitesses mécanique pilotée destinée à transmettre, au train avant du véhicule, un couple moteur pour différents rapports de démultiplication de la boîte des vitesses, la boîte de vitesses provoquant une interruption du couple moteur lors d'un processus de commutation du rapport de démultiplication de la boîte ; - une chaîne de propulsion électrique ayant un train arrière, une machine électrique couplée, d'une part, mécaniquement au train arrière du véhicule et, d'autre part, électriquement à une réserve d'énergie électrique également couplée électriquement à une machine électrique elle-même couplée mécaniquement au moteur thermique pour assurer son démarrage, 2907409 3 caractérisé en ce qu'il comporte, lors du changement du rapport de vitesses de la boîte de vitesses, au moins une étape de compensation de la perte du couple moteur sur le train avant du véhicule par un couple moteur de compensation appliqué au train arrière du véhicule. Avantageusement, le couple moteur de compensation est fournit par la machine électrique couplée mécaniquement au train arrière du véhicule. Dans une réalisation, du procédé selon l'invention, le besoin de 10 changement de rapport de démultiplication de la boîte de vitesses est détecté quand le couple moteur est encore transmis au train avant par le moteur thermique. Dans une autre réalisation, le besoin de changement du rapport 15 démultiplication de la boîte de vitesses est détecté suite à une action du conducteur du véhicule sur au moins un organe de commande du véhicule. Dans une autre réalisation, le besoin de changement du rapport démultiplication de la boîte de vitesses est détecté lors d'un dépassement 20 d'un seuil déterminé de vitesse du véhicule. Dans une autre réalisation, la détection du besoin de changement du rapport de démultiplication de la boîte de vitesse entraîne une réduction progressive du couple moteur fourni au niveau du train avant par le moteur 25 thermique simultanément à une augmentation progressive du couple fourni par la machine électrique au niveau du train arrière de façon à ce que l'effort longitudinal sur la caisse du véhicule reste constant au cours des variations des couples. 30 Dans une autre réalisation, lorsqu'un nouveau rapport de démultiplication de la boîte de vitesses est engagé, le procédé comporte une étape d'augmentation progressive du couple fourni par le moteur thermique au niveau du train avant simultanément à une réduction progressive du couple fourni par la machine électrique au niveau du train arrière de façon à 5 2907409 4 ce que, à la fin de cette étape, l'effort longitudinal soit celui qui devra être produit sur le train avant par un couple moteur cible prédéterminé. L'invention concerne aussi un dispositif de compensation pour la 5 mise en oeuvre du procédé de compensation de perte du couple moteur fourni par un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride comportant : - une chaîne de traction destinée à produire un effort longitudinal sur la caisse du véhicule dans la direction du mouvement du véhicule, ayant un train avant, un moteur thermique couplé à une boîte de vitesses 1 o mécanique destinée à transmettre au train avant du véhicule un couplé moteur pour différents rapports de démultiplication de la boîte des vitesses, la boîte de vitesses provoquant une interruption du couple moteur lors d'un processus de commutation du rapport de démultiplication de la boîte ; - une chaîne de propulsion électrique ayant un train arrière, une 15 machine électrique couplée, d'une part, mécaniquement au train arrière du véhicule et, d'autre part, électriquement à une réserve d'énergie électrique également couplée électriquement à une machine électrique elle-même couplée mécaniquement au moteur thermique pour assurer son démarrage, caractérisé en ce qu'il comporte : 20 - des moyens de détection du besoin d'un changement du rapport de vitesses de la boîte de vitesses, - des moyens de commande pour coordonner les puissances fournies par le moteur thermique de la chaîne de traction avant et par la machine électrique de la chaîne de traction arrière afin de compenser les 25 pertes de couple moteur en fonction des informations générées par les moyens de détection. L'invention sera mieux comprise par une description détaillée d'un 30 exemple de procédé de compensation selon l'invention en référence aux figures indexées dans lesquelles : - la figure 1, déjà décrite, représente une architecture simplifiée d'un véhicule hybride ; - la figure 2 représente des courbes des différents efforts subis par le 35 véhicule hybride utilisant le procédé selon l'invention ; et 2907409 5 - la figure 3, représente l'architecture du véhicule hybride de la figure 1 comportant un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 5 En se référant à la figure 1, l'invention consiste à compenser la rupture de l'effort longitudinal EL transmis au véhicule par le train avant, par un effort longitudinal transmis au véhicule par le train arrière électrique lors d'un changement de rapport de vitesses de manière à minimiser la variation de l'accélération longitudinale lors d'un changement de rapport de vitesses. 10 Une description détaillée des différentes étapes du procédé selon l'invention est effectuée par la suite en partant d'une situation initiale du véhicule jusqu'à une situation finale après un changement de rapport de vitesse de la boîte de vitesses du véhicule en référence à la figure 2. 15 La figure 2 représente des courbes EL des différents efforts subis par le véhicule en fonction du temps t mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. On part d'une situation initiale pour laquelle le véhicule hybride roule, 20 un rapport de vitesses est engagé dans la boîte de vitesses. Le moteur thermique 18 fournit de la puissance et un couple moteur sur les roues 14, 16 du train avant pour entraîner le véhicule selon la volonté du conducteur (à vitesse constante ou en accélération). L'effort EL subi par la caisse du véhicule est fourni par le moteur thermique représenté par la courbe EL GMP 25 en trait plein de la figure 2. La machine électrique 36 ne fournit pas de couple au niveau du train arrière du véhicule. Dans une première étape de transition, on détecte Dt, au temps t1 un 30 besoin de changement de rapport de vitesses, le couple moteur étant encore transmis aux roues 14, 16 du train avant par le moteur thermique 18. La détection Dt du besoin de changement de rapport de vitesses au temps t1 peut être liée à une action du conducteur, par exemple sur le levier de la boîte de vitesses actionnant le changement du rapport de vitesses ou suite à un dépassement d'un seuil de vitesse du véhicule. 2907409 6 Dans une étape 1 suivante, la détection Dt du besoin de changement du rapport de vitesse entraîne une réduction progressive du couple moteur fourni au niveau du train avant par le moteur thermique 18 et une 5 augmentation progressive du couple fourni par la machine électrique 36 au niveau du train arrière de façon à ce que l'effort longitudinal EL subi par la caisse du véhicule reste constant. La figure 2 montre, au cours de l'étape 1, la réduction de l'effort longitudinal EL produit par le moteur thermique (courbe EL GMP en trait 1 o plein) et l'augmentation de l'effort longitudinal produit par la machine électrique (courbe EL ME, en trait pointillé) Dans une deuxième étape de transition entre l'étape 1 et une étape 2 suivante, le couple moteur fourni par le moteur thermique 18 au niveau du 15 train avant est nul. Le couple fourni par la machine électrique 36 au niveau du train arrière est équivalent au couple fourni initialement par le moteur (dans la limite des performances de la machine électrique 36) Dans l'étape 2, on change le rapport de vitesses sans transmission 20 de couple moteur sur le train avant du véhicule. On ajuste le couple fourni par la machine électrique 36 pour atteindre la valeur de couple cible que devra fournir le moteur thermique 18 sur le train avant du véhicule dans le nouveau rapport de vitesses, lorsque le nouveau rapport aura été engagé. 25 Dans une troisième étape de transition, entre l'étape 2 et une étape 3 suivante, le nouveau rapport de vitesses est engagé, la machine électrique 36 fournit au niveau du train arrière un couple cible. Le couple cible est fourni par une consigne cible. 30 Dans l'étape 3, à la suite de l'étape 2, on augmente progressivement le couple fourni par le moteur thermique 18 au niveau du train avant jusqu'à atteindre la consigne cible et, simultanément, on réduit progressivement le couple fourni par la machine électrique 36 au niveau du train arrière de façon 35 à ce que l'effort longitudinal EL subi par la caisse du véhicule reste constant. 2907409 7 Dans la situation finale, le véhicule hybride roule, le nouveau rapport de vitesses adéquat est engagé et le moteur thermique 18 fournit la puissance nécessaire pour entraîner le véhicule selon la volonté du 5 conducteur. La machine électrique ne fournit plus de couple au niveau du train arrière. La courbe en trait mixte EL R montre l'effort longitudinal résultant sur l'ensemble des étapes du procédé. L'effort longitudinal résultant EL R subi par la caisse du véhicule 1 o passe sans disccontinuité de la valeur de l'effort longitudinal EL1, avant le changement de rapport de vitesses, vers une nouvelle valeur d'effort EL2 après le changement rapport de vitesses. La machine électrique 36 fournissant le couple (ou l'effort) de compensation pendant le changement de rapport de vitesses est alimentée 15 par la batterie de stockage d'énergie 40 et l'alterno-démarreur 42 couplé mécaniquement au moteur thermique 18. La machine électrique 36 peut, en outre, être transformée en génératrice qui, entraînée en rotation par les roues du train arrière du véhicule transforme au moins une partie de l'énergie cinétique du véhicule en 20 énergie électrique pour recharger la batterie de stockage 40. L'invention concerne aussi un dispositif de compensation pour la mise en oeuvre du procédé de compensation de perte du couple moteur fourni par un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride tel que représenté 25 à la figure 1. La figure 3, représente une architecture simplifiée du véhicule hybride de la figure 1 comportant le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif comporte : 30 - des moyens de détection 48 du besoin d'un changement du rapport de vitesses de la boîte de vitesses, - des moyens de commande 50 pour coordonner les puissances fournies par le moteur thermique 18 de la chaîne de traction avant 10 et par la machine électrique 36 de la chaîne de traction arrière 30 afin de 2907409 8 compenser les pertes de couple moteur en fonction des informations générées par les moyens de détection. Les moyens de commande 50 sont par exemple réalisés par un 5 calculateur recevant, d'une part, au moins l'information de détection Dt des moyens de détection 48 du besoin de changement de rapport de vitesse et fournissant, d'autre part, une première information Cmt de commande de la puissance du moteur thermique et une deuxième information de commande Cme de la puissance de la machine électrique 36. 10 L'intérêt de cette invention est d'apporter aux véhicules hybrides avec train arrière électrique, équipés d'un seul embrayage simple et économique, les prestations d'une transmission à passage de rapport sans rupture de couple, prestations assurées, dans les véhicules de l'état de l'art, 15 par des systèmes coûteux et complexes avec au minimum deux embrayages. REVENDICATIONS 1. Procédé de compensation de perte de couple fourni par un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride comportant : - une chaîne de traction (10) destinée à produire un effort longitudinal sur la caisse du véhicule dans la direction du mouvement du véhicule, ayant un train avant, un moteur thermique (18) couplé à une boîte de vitesses mécanique pilotée (22) destinée à transmettre au train avant du véhicule un couple moteur pour différents rapports de démultiplication de la boîte des vitesses, la boîte de vitesses provoquant une interruption du couple moteur lors d'un processus de commutation du rapport de démultiplication de la boîte ; une chaîne de propulsion électrique (30) ayant un train arrière, une machine électrique (36) couplée, d'une part, mécaniquement au train arrière (32, 34) du véhicule et, d'autre part, électriquement à une réserve (40) d'énergie électrique également couplée électriquement à une machine électrique (42), elle-même couplée mécaniquement au moteur thermique (18) pour assurer son démarrage, caractérisé en ce qu'il comporte, lors du changement du rapport de vitesses de la boîte de vitesses, au moins une étape de compensation de la perte du couple moteur sur le train avant du véhicule par un couple moteur de compensation appliqué au train arrière du véhicule. 2. Procédé de compensation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple moteur de compensation est fournit par la machine électrique (36) couplée mécaniquement au train arrière du véhicule. 3. Procédé de compensation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le besoin de changement de rapport de démultiplication de la boîte de vitesses est détecté quand le couple moteur est encore transmis au train avant par le moteur thermique (18). 4. Procédé de compensation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le besoin de changement du rapport démultiplication de la boîte de 2907409 10 vitesses est détecté suite à une action du conducteur du véhicule sur au moins un organe de commande du véhicule. 5. Procédé de compensation selon la revendication 3, caractérisé 5 en ce que le besoin de changement du rapport démultiplication de la boîte de vitesses est détecté lors d'un dépassement d'un seuil déterminé de vitesse du véhicule. 6. Procédé de compensation selon l'une des revendications 4 ou 10 5, caractérisé en ce que la détection (Dt) du besoin de changement du rapport de démultiplication de la boîte de vitesse entraîne une réduction progressive du couple moteur fourni au niveau du train avant par le moteur thermique (18) simultanément à une augmentation progressive du couple fourni par la machine électrique (36) au niveau du train arrière de façon à ce 15 que l'effort longitudinal (EL) sur la caisse du véhicule reste constant au cours des variations des couples. 7. Procédé de compensation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, lorsqu'un nouveau rapport de démultiplication de la 20 boîte de vitesses est engagé, une étape d'augmentation progressive du couple fourni par le moteur thermique (18) au niveau du train avant simultanément à une réduction progressive du couple fourni par la machine électrique (36) au niveau du train arrière de façon à ce que, à la fin de cette étape, l'effort longitudinal (EL) soit celui qui devra être produit sur le train 25 avant par un couple moteur cible prédéterminé. 8. Dispositif de compensation pour la mise en oeuvre du procédé de compensation de perte du couple moteur, selon l'une des revendications précédentes, fourni par un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride 30 comportant : - une chaîne de traction (10) destinée à produire un effort longitudinal sur la caisse du véhicule dans la direction du mouvement du véhicule, ayant un train avant, un moteur thermique (18) couplé à une boîte de vitesses mécanique (22) destinée à transmettre au train avant du véhicule un couplé moteur pour différents rapports de démultiplication de la boîte des 2907409 11 vitesses, la boîte de vitesses provoquant une interruption du couple moteur lors d'un processus de commutation du rapport de démultiplication de la boîte ; - une chaîne de propulsion électrique (30) ayant un train arrière, 5 une machine électrique (36) couplée, d'une part, mécaniquement au train arrière (32, 34) du véhicule et, d'autre part, électriquement à une réserve (40) d'énergie électrique également couplée électriquement à une machine électrique (42) elle-même couplée mécaniquement au moteur thermique (18) pour assurer son démarrage, 1 o caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de détection (48) du besoin d'un changement du rapport de vitesses de la boîte de vitesses, -des moyens de commande (50) pour coordonner les puissances fournies par le moteur thermique (18) de la chaîne de traction avant et par la 15 machine électrique de la chaîne de traction arrière afin de compenser les pertes de couple moteur en fonction des informations générées par les moyens de détection (48). 20 25