Brevet FR2911566A1 — publié le 20080725

Système et procédé de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule quatre roues motrices L'invention concerne les systèmes de commande de groupe motopropulseur d'un véhicule quatre roues motrices et de gestion d'un système de propulsion hybride. L'augmentation du prix du pétrole a rendu la réduction de la consommation de carburant des véhicules automobiles à la fois nécessaire et économiquement viable. Les techniques associées à la réduction de consommation de carburant ont d'abord été appliquées à des véhicules susceptibles de toucher un large public, généralement des automobiles de type berline ou citadine. Devant le durcissement prévu des législations envers les véhicules affichant une consommation de carburant élevée, en particulier envers les véhicules dits quatre roues motrices, il est devenu intéressant de faire bénéficier ces véhicules des techniques de réduction de consommation de carburant et de pollution, comme les propulsions hybrides. Cependant, peu de recherches ont été menées pour concilier réduction de la consommation de carburant et gestion de la motricité d'un véhicule à quatre roues motrices. La demande de brevet FR 2654682 décrit un système de commande permettant de piloter un véhicule à quatre roues motrices en répartissant le couple du moteur à combustion interne sur les deux trains avant et arrière à l'aide d'un système de transmission de couple mécanique. Cependant, il n'intègre ni l'utilisation de plusieurs sources de puissance motrice, ni l'utilisation de sources motrices différentes. L'invention a pour objet un système de commande de groupe motopropulseur d'un véhicule hybride à quatre roues motrices pouvant optimiser le fonctionnement du groupe motopropulseur dans les phases transitoires de décollage afin de minimiser la consommation d'énergie tout en garantissant l'agrément de conduite. Par décollage d'un véhicule hybride, on entend la phase comprise entre un premier et un deuxième état du véhicule. Dans le premier état, le véhicule est à l'arrêt, sans transmission de couple à la roue. Dans le deuxième état, le véhicule est en mouvement avec la transmission dans un état stable, ouverte ou fermée. Dans un mode de réalisation, on définit un système de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant un groupe motopropulseur et une batterie. Le groupe motopropulseur comprend à son tour un organe moteur thermique, un organe moteur électrique, un alternodémarreur et un embrayage. Le système de commande comprend également un moyen de calcul apte à déterminer des consignes de fonctionnement pour l'organe moteur thermique, l'organe moteur électrique, l'alternodémarreur et l'embrayage, à partir de l'état de charge de la batterie, de la vitesse du véhicule et de la requête de couple global du conducteur. En d'autres termes, le système de commande reçoit la requête de couple total du conducteur ainsi que les informations concernant l'état de charge de la batterie, et la vitesse du véhicule. Ces données sont analysées par le système de commande qui émet sur ses sorties des commandes destinées à l'organe moteur thermique, l'organe moteur électrique, l'alternodémarreur et l'embrayage. Il est tenu compte dans ces consignes, de la requête du conducteur mais aussi de la réduction de la consommation d'énergie et de l'agrément de conduite. Un tel système de commande peut comprendre une interface entre le conducteur et le véhicule reliée au moyen de calcul et capable d'envoyer au moyen de calcul des informations sur la requête de couple global du conducteur. Le moyen de calcul comprend un moyen de détermination des consignes du groupe motopropulseur et un moyen de traduction des consignes en commandes, le moyen de calcul recevant sur ses entrées des informations sur la vitesse du véhicule, la requête de couple global du conducteur, et l'état de charge de la batterie, et émettant sur ses sorties des signaux de commande vers l'organe moteur thermique, l'organe moteur électrique, alternodémarreur et l'embrayage. Le moyen de détermination des consignes reçoit sur ses entrées des informations concernant la vitesse du véhicule, l'état de charge de la batterie et la consigne de couple global demandée par le conducteur provenant de l'interface entre le conducteur et le véhicule. Le moyen de détermination des consignes comprend un organe de détection d'une phase de décollage, un organe de calcul du régime moteur optimal et un organe de détermination des couples de transmission. Le moyen de détermination des consignes émettant sur ses sorties une consigne de couple sur le train avant, une consigne de couple sur le train arrière, une consigne de couple de l'alternodémarreur, et une consigne de régime du moteur thermique vers le moyen de traduction des consignes en commandes. Le moyen de traduction des consignes en commandes reçoit sur ses entrées les consignes issues du moyen de détermination des consignes. Le moyen de traduction des consignes en commandes comprend un organe de bascule de couple, un organe de filtrage et un organe de correction. Le moyen de traduction des consignes en commandes émet sur ses sorties des commandes de couple vers l'organe moteur thermique, l'organe moteur électrique, l'alternodémarreur et l'embrayage. Selon un autre aspect de l'invention, on définit une procédé de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant une batterie, un organe moteur thermique, un organe moteur électrique, un alternodémarreur et un embrayage. Le procédé de commande détermine les consignes de fonctionnement pour l'organe moteur thermique, l'organe moteur électrique, l'alternodémarreur et l'embrayage, à partir de l'état de charge de la batterie, de la vitesse du véhicule et de la requête de couple global du conducteur. On détecte ensuite une phase de décollage, on calcule un régime moteur optimal et on détermine une consigne de couple sur le train avant, une consigne de couple sur le train arrière, une consigne de couple de l'alternodémarreur, et une consigne de régime du moteur thermique, à partir de la situation du véhicule et de la requête de couple global du conducteur. On détermine les consignes de fonctionnement du groupe motopropulseur à partir des consignes de couple et en tenant compte de l'agrément de conduite. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre le les principaux éléments constituant un système de commande tel que décrit dans l'invention ; - la figure 2 montre les principaux éléments constituant un moyen de détermination des consignes ; - la figure 3 montre les principaux éléments constituant un moyen de traduction des consignes en commandes. La figure 1 montre un véhicule 1 comprenant un groupe motopropulseur 2, un train 3 de roues avant, un train 4 de roues arrières, une batterie 5 et une interface 6 entre le conducteur et le véhicule. Le groupe motopropulseur 2 comprend un organe moteur thermique 2a, un alternodémarreur 2b tous les deux reliés par un embrayage 2c et une boite de vitesses 2d au train 3 de roues avant. Le groupe motopropulseur 2 comprend également un organe moteur électrique 2e entraînant le train 4 de roues arrières et étant relié à une batterie 5. Le groupe motopropulseur 2 est commandé par le moyen 8 de calcul. Le moyen 8 de calcul comprend un moyen 7a de détermination des consignes et un moyen 7b de traduction des consignes en commandes. Le moyen 7a de détermination des consignes est relié par ses entrées à l'interface 6 entre le conducteur et le véhicule par la connexion 9, à la batterie 5 par la connexion 10 et au véhicule par la connexion 11. Le moyen 7a de détermination des consignes est relié par ses sorties au moyen 7b de traduction des consignes en commandes, la connexion 12 portant les signaux de consigne de couple sur le train avant Cons_av, la connexion 13 portant les signaux de consigne de couple sur le train arrière Cons_ar, la connexion 14 portant les signaux de consigne de couple de l'alternodémarreur Cons_ad, et la connexion 15 portant les signaux de consigne de régime de l'organe moteur thermique Cons_Mth. Le moyen 7b de traduction des consignes en commandes reçoit sur ses entrées des signaux provenant du moyen 7a de détermination des consignes, la connexion 12 portant les signaux de consigne de couple sur le train avant Cons_av, la connexion 13 portant les signaux de consigne de couple sur le train arrière Cons_ar, la connexion 14 portant les signaux de consigne de couple de l'alternodémarreur Cons_ad, et la connexion 15 portant les signaux de consigne de régime de l'organe moteur thermique Cons_Mth. Le moyen 7b de traduction des consignes en commandes est également relié par une de ses entrées à l'organe moteur thermique 2a par la connexion 16 portant les signaux de régime de l'organe moteur thermique Cons_Mth. Le moyen 7b de traduction des consignes en commandes est relié par ses sorties à l'organe moteur thermique 2a par la connexion 17, à l'organe moteur électrique 2e par la connexion 18, à l'alternodémarreur 2b par la connexion 19 et à l'embrayage 2c pas la connexion 20. La figure 2 montre les principaux organes composant le moyen 7a de détermination des consignes. La connexion 9 porte la requête de couple global du conducteur Req_C, la connexion 10 porte l'état de charge de la batterie EBT et la connexion 11 porte la vitesse du véhicule Vveh. Les connexions 9, 10 et 11 sont reliées à l'organe 21 de calcul du régime moteur optimal. Une des sorties de l'organe 21 de calcul du régime moteur optimal est reliée à la connexion 15. Une connexion 1lb portant l'information de la vitesse du véhicule Vveh et une connexion 25 portant les signaux de consigne de régime de l'organe moteur thermique Cons_Mth sont reliées à l'organe 22 de détection d'une phase de décollage. Une des sorties de l'organe 22 de détection d'une phase de décollage est reliée par la connexion 24 à l'organe 23 de détermination des couples de transmission. La connexion 9a porte la requête de couple global du conducteur Req_C, la connexion 10a porte l'état de charge de la batterie EBT et la connexion 1 la porte la vitesse du véhicule Vveh, et sont connectées en entrée de l'organe 23 de détermination des couples de transmission. L'organe 23 de détermination des couples de transmission est connecté par ses sorties aux connexions 12, 13 et 14. L'organe 21 de calcul du régime moteur optimal détermine une consigne de régime moteur optimal pour l'organe moteur thermique Cons_Mth en fonction de la requête de couple total du conducteur Req_C, de l'état de charge de la batterie EBT et de la vitesse du véhicule Vveh. La détermination est réalisée de façon à minimiser la consommation de carburant. Cette information est transmise au moyen 7b de traduction des consignes en commandes et à l'organe 22 de détection d'une phase de décollage. L'organe 22 de détection d'une phase de décollage compare la consigne de régime moteur optimal pour l'organe moteur thermique Cons_Mth avec le régime de l'arbre primaire de la boite de vitesses 2d déduit de la vitesse du véhicule Vveh. Cette comparaison permet de déterminer si le véhicule est dans une phase de décollage ou non. Si l'organe 22 de détection d'une phase de décollage détecte une phase décollage, il émet un signal à destination de l'organe 23 de détermination des couples de transmission. L'organe 23 de détermination des couples de transmission détermine des consignes de couples pour l'alternodémarreur Cons_ad, pour le train avant Cons_av et le train arrière Cons_ar de façon à satisfaire la requête de couple global du conducteur Req_C et de minimiser la consommation de carburant et d'énergie. L'organe 23 de détermination des couples de transmission émet la consigne Cons_av sur la connexion 12, la consigne Cons_ar sur la connexion 13 et la consigne Cons_ad sur la connexion 14. Cette détermination des couples de transmission est activée par la réception d'un signal provenant de l'organe 22 de détection d'une phase de décollage. La figure 3 décrit les principaux organes du moyen 7b de traduction des consignes en commandes. La connexion 12 porte les signaux de consigne de couple sur le train avant Cons_av, la connexion 13 porte les signaux de consigne de couple sur le train arrière Cons_ar et la connexion 14 porte les signaux de consigne de couple de l'alternodémarreur Cons_ad. Les connexions 12, 13 et 14 sont connectées à l'organe 26 de bascule de couple. L'organe 26 de bascule de couple répartit une partie du couple entre le train avant et le train arrière afin d'optimiser l'application de la consigne de couple global du conducteur au niveau de la roue en tenant compte des limitations instantanées du moteur électrique 2e, de l'embrayage 2c et de l'alternodémarreur 2b. L'organe 26 de bascule de couple transmet la consigne de couple du train avant après bascule Cav par la connexion 27, la consigne de couple du train arrière après bascule Car par la connexion 28 et la consigne de couple de l'alternodémarreur après bascule Cad par la connexion 29 à l'organe 30 de filtrage. L'organe 30 de filtrage permet de limiter les à-coups, oscillations ou vibrations mécaniques, du groupe motopropulseur 2, afin d'améliorer l'agrément de conduite. L'organe 30 de filtrage émet par la connexion 17 une commande de l'embrayage Com_Emb, par la connexion 18 une commande de l'organe moteur électrique Com_ME et par la connexion 19 une commande de l'alternodémarreur Com_ad. La connexion 15 en entrée du moyen 7b de traduction des consignes en commandes portant la consigne de régime moteur optimal pour l'organe moteur thermique Cons_Mth et la connexion 16 provenant de l'organe moteur thermique 2a portant la mesure du régime de l'organe moteur thermique C_Mth sont reliées à un premier additionneur 31. La sortie du premier additionneur 31 est reliée au correcteur 32 par la connexion 33. La sortie du correcteur 32 et la connexion 19a portant l'information de la commande de l'alternodémarreur Com ad sont reliées au deuxième additionneur 34. La sortie du deuxième additionneur 34 et la connexion 17a portant l'information de la commande de l'embrayage Com_Emb sont reliées au troisième additionneur 36. La sortie de l'additionneur 36 est reliée à la connexion 20. Le premier additionneur 31 réalise la différence entre la consigne de régime moteur optimal pour l'organe moteur thermique Cons Mth et la mesure du régime de l'organe moteur thermique _ CMth. Cette différence de régime est transmise au correcteur 32 qui _ traduit la différence de régime en commande de couple à destination de l'organe moteur thermique 2a. L'additionneur 34 soustrait à cette commande la commande de couple destinée à l'alternodémarreur Com_ad reçue par l'intermédiaire de la connexion 19a. La commande intermédiaire issue de l'additionneur 34 est envoyée à l'additionneur 36 qui ajoute à la commande intermédiaire la commande de couple destinée à l'embrayage Com_Emb reçue de la connexion 17a afin d'obtenir la commande de couple de l'organe moteur thermique Com_Mth. Cette commande est émise par la connexion 20. L'invention permet de commander un groupe motopropulseur hybride dans un véhicule quatre roues motrices afin de minimiser la consommation d'énergie pendant la phase de décollage. La réduction d'énergie prend en compte à la fois l'énergie électrique contenue dans la batterie que l'énergie sous forme de carburant, et permet de réaliser des économies globales quel que soit le type d'énergie pris en compte. A ce titre, l'invention est applicable à d'autres combinaisons d'organes moteurs. De plus, l'invention prend en compte l'agrément de conduite afin de limiter à-coups du groupe motopropulseur 2 qui peuvent dégrader le ressenti du conducteur. En conclusion, le moyen 7a de détermination des consignes détermine une consigne de régime de l'organe moteur thermique et détecte une phase de décollage d'après la comparaison du régime de l'organe moteur thermique Cons_Mth et détecte une phase de décollage avec la vitesse du véhicule Vveh. Lorsque une phase de décollage est détectée, les consignes de couples pour l'alternodémarreur Cons_ad, pour le train avant Cons_av et le train arrière Cons_ar sont déterminées. Les consignes de couples pour l'alternodémarreur Cons_ad, pour le train avant Cons_av et le train arrière Cons_ar subissent ensuite une répartition du couple entre les trains avant et arrière afin d'optimiser la consommation. Une dernière optimisation consiste à lisser les variations de couple afin d'améliorer l'agrément de conduite. Une commande de l'embrayage Com_Emb, une commande de l'organe moteur électrique Com_ME et une commande de l'alternodémarreur Com_ad sont alors émises. Parallèlement, la consigne de régime moteur optimal pour l'organe moteur thermique Cons_Mth et la mesure du régime de l'organe moteur thermique C_Mth sont comparées, leur différence traduite en une commande et modifiée de façon à tenir compte de la commande de l'alternodémarreur Com_ad et de la commande de l'embrayage Com_Emb. Une commande Com_Mth est alors émise vers l'organe moteur thermique. L'invention est également complémentaire d'un grand nombre de systèmes destinés au contrôle de la consommation de carburant par le fait qu'elle est particulièrement destinée à limiter la consommation de carburant dans la phase initiale de mise en mouvement du véhicule, phase rarement abordée par les systèmes de commande. Enfin, on peut concevoir que l'organe de détermination des couples de transmission prenne en compte les consignes de rapport de boite de vitesse afin d'étendre le domaine d'optimisation du point de fonctionnement du groupe motopropulseur. REVENDICATIONS 1. Système de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant un groupe motopropulseur (2) comprenant un organe moteur thermique (2a), une batterie (5), un organe moteur électrique (2e), un alternodémarreur (2b) et un embrayage (2c), caractérisé par le fait que le système de commande comprend un moyen (8) de calcul apte à déterminer des consignes de fonctionnement pour l'organe moteur thermique (2a), l'organe moteur électrique (2e), l'alternodémarreur (2b) et l'embrayage (2c), à partir de l'état de charge de la batterie (5), de la vitesse du véhicule et de la requête de couple global du conducteur lors des phases de décollage. 2. Système de commande selon la revendication 1 comprenant une interface (6) entre le conducteur et le véhicule reliée au moyen (8) de calcul et capable d'envoyer au moyen (8) de calcul des informations sur la requête de couple global du conducteur. 3. Système de commande selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le moyen (8) de calcul comprend un moyen (7a) de détermination des consignes du groupe motopropulseur (2) et un moyen (7b) de traduction des consignes en commandes, le moyen (8) de calcul recevant sur ses entrées des informations sur la vitesse du véhicule, la requête de couple global du conducteur, et l'état de charge de la batterie (5), et émettant sur ses sorties des signaux de commande vers l'organe moteur thermique (2a), l'organe moteur électrique (2e), alternodémarreur (2b) et l'embrayage (2c). 4. Système de commande selon la revendication 3 dans lequel le moyen (7a) de détermination des consignes reçoit sur ses entrées des informations concernant la vitesse du véhicule, l'état de charge de la batterie (5) et la consigne de couple global demandé par le conducteur provenant de l'interface (6) entre le conducteur et le véhicule, le moyen (7a) de détermination des consignes comprend un organe (22) de détection d'une phase de décollage, un organe (21) decalcul du régime moteur optimal et un organe (23) de détermination des couples de transmission, le moyen (7a) de détermination des consignes émettant sur ses sorties une consigne de couple sur le train avant, une consigne de couple sur le train arrière, une consigne de couple de l'alternodémarreur (2b), et une consigne de régime de l'organe moteur thermique (2a) vers le moyen (7b) de traduction des consignes en commandes. 5. Système de commande selon la revendication 4 dans lequel le moyen (7b) de traduction des consignes en commandes reçoit sur ses entrées les consignes issues du moyen (7a) de détermination des consignes et comprend un organe (26) de bascule de couple, un organe (30) de filtrage et un organe de correction, le moyen (7b) de traduction des consignes en commandes étant capable d'émettre sur ses sorties des commandes de couple vers l'organe moteur thermique (2a), l'organe moteur électrique (2e), l'alternodémarreur (2b) et l'embrayage (2c). 6. Procédé de commande d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant un organe moteur thermique (2a), une batterie (5), un organe moteur électrique (2e), un alternodémarreur (2b) et un embrayage (2c), caractérisé par le fait que l'on détermine les consignes de fonctionnement pour l'organe moteur thermique (2a), l'organe moteur électrique (2e), l'alternodémarreur (2b) et l'embrayage (2c), à partir de l'état de charge de la batterie, de la vitesse du véhicule et de la requête de couple global du conducteur. 7. Procédé de commande selon la revendication 6 dans lequel on détecte une phase de décollage, on calcule un régime moteur optimal et on détermine une consigne de couple sur le train avant, une consigne de couple sur le train arrière, une consigne de couple de l'alternodémarreur (2b), et une consigne de régime de l'organe moteur thermique (2a), à partir de la situation du véhicule et de la requête de couple global du conducteur. 8. Procédé de commande selon la revendication 7 dans lequel on détermine les consignes de fonctionnement du groupemotopropulseur (2) à partir des consignes de couple et en tenant compte de l'agrément de conduite.