Brevet FR2922175A1 — publié le 20090417

DEMANDE DE BREVET B07-2826FR PJ 8158 Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé et système de démarrage d'un groupe motopropulseur équipé d'une transmission infiniment variable Invention de : MALOUM Abdelmalek LE VAILLANT Christophe Procédé et système de démarrage d'un groupe motopropulseur équipé d'une transmission infiniment variable Le domaine technique de la présente invention est la gestion d'un groupe motopropulseur, et plus particulièrement d'un groupe motopropulseur hybride à transmission infiniment variable. 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. De plus les véhicules automobiles particuliers étant principalement utilisés dans un cadre urbain, il est intéressant de coupler l'utilisation d'une propulsion hybride avec une gestion avancée de la propulsion. Plus particulièrement, une gestion de la propulsion permettant de gérer l'arrêt et le démarrage de la propulsion thermique de façon transparente pour l'utilisateur, fait l'objet d'un nombre croissant d'études. L'objet de la présente invention est un système permettant le démarrage du moteur thermique du véhicule par action des machines électriques dudit véhicule. Un autre objet de la présente invention est un système de gestion des machines électriques et du système de stockage électrique appliqué à un démarrage du moteur thermique. Dans un mode de réalisation, on définit un système de commande de démarrage d'un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un élément de stockage d'énergie, au moins un moteur thermique relié par une transmission infiniment variable à au moins une machine électrique et aux roues motrices. Le système de commande comprend un moyen de commande du groupe motopropulseur comprenant un correcteur mécanique, un premier moyen de traduction et une première boucle de contre-réaction, le correcteur mécanique étant capable de déterminer par calcul de type proportionnel intégral assisté par une contre-réaction au moins un couple de machine électrique permettant d'élever le régime de rotation du moteur thermique au moins en dessus de la vitesse de ralenti, un moyen de commande du moyen de stockage d'énergie comprenant un correcteur électrique, un deuxième moyen de traduction et une deuxième boucle de contre-réaction, le correcteur électrique étant capable de déterminer la puissance de l'élément de stockage d'énergie à libérer vers au moins une machine électrique par un calcul de type proportionnel assisté par une contre-réaction. En d'autres termes, le système de commande comprend un moyen de commande du groupe motopropulseur et un moyen de commande du moyen de stockage d'énergie. Le moyen de commande du groupe motopropulseur comprend une structure de type proportionnel intégral enrichi de deux boucles d'asservissement sur la valeur de référence du régime de rotation du moteur thermique et sur la valeur estimée du régime de rotation dudit moteur thermique. La structure dudit moyen de commande du groupe motopropulseur permet de moduler les consignes de couple envoyées aux machines électriques et de réagir rapidement aux différentes évolutions possibles du groupe motopropulseur, afin d'élever le régime de rotation du moteur thermique au delà du régime de rotation de ralenti. Parallèlement, le moyen de commande du moyen de stockage d'énergie estime la puissance qui doit être libérée par la batterie d'après les consignes de couples et de régimes de rotation des machines électriques afin d'alimenter les machines électriques. Le correcteur mécanique peut comprendre un moyen d'action de retour, un moyen d'action proportionnelle, un moyen d'action intégrale et un moyen d'intégration, assistés par un moyen de rétroaction. Le système de commande peut comprendre une mémoire permettant de stocker au moins les valeurs de consignes de la tension au bornes de l'élément de stockage et du régime de rotation du moteur thermique. Le groupe motopropulseur peut comprendre un capteur et la boucle de contre-réaction peut comprendre une unité de traitement de mesures, l'unité de traitement de mesures déterminant alors une valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique en fonction du régime de rotation d'au moins une machine électrique mesuré par le capteur.Selon un autre aspect de l'invention, on définit un procédé de commande de démarrage d'un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un élément de stockage d'énergie et au moins un moteur thermique relié par une transmission infiniment variable à au moins une machine électrique et aux roues motrices. Le procédé de commande comprend des étapes au cours desquelles on détermine par un calcul de type proportionnel intégral au moins une consigne de couple de machine électrique afin d'élever la vitesse de rotation du moteur thermique au moins en dessus de la vitesse de ralenti, ledit au moins un couple de machine électrique étant déterminé en fonction de l'écart entre une valeur de consigne de régime de rotation du moteur thermique et une valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, et on détermine la puissance de l'élément de stockage d'énergie à libérer vers la au moins une machine électrique en fonction du au moins un couple et régime de rotation de la au moins une machine électrique, ainsi que l'écart entre la valeur de consigne de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie et la valeur estimée de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie. Le calcul de type proportionnel intégral permettant la détermination dudit au moins un couple de machine électrique peut comprendre des étapes au cours desquelles : on estime une contribution proportionnelle pour ladite au moins une machine électrique, dépendant de l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, on estime une contribution intégrale pour ladite au moins une machine électrique, dépendant de l'intégration d'une valeur proportionnelle à l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, on estime une contribution pour ladite au moins une machine électrique, proportionnelle à la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, on estime une contribution de retour pour ladite au moins une machine électrique, proportionnelle la valeur de consigne du régime de rotation du moteur thermique, on somme les contributions proportionnelle, intégrale, d'anticipation et de retour afin d'obtenir le couple de ladite au moins une machine électrique. On peut déterminer les régimes de rotation du moteur thermique et d'au moins une machine électrique en fonction des couples de ladite au moins une machine électrique. On peut déterminer la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique à partir d'une valeur estimée du régime de rotation de ladite au moins une machine électrique. La détermination de la puissance de l'élément de stockage d'énergie à libérer peut comprendre des étapes au cours desquelles : on détermine un terme non linéaire dépendant au moins du produit du couple de la première machine électrique par le régime de rotation de la première machine électrique, on détermine un terme proportionnel dépendant de l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie, on détermine la puissance de l'élément de stockage d'énergie à libérer en réalisant l'addition du terme non linéaire et du terme proportionnel. On peut déterminer une valeur de tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie en fonction de la puissance de l'élément de stockage d'énergie à libérer. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique représente les principaux organes du moyen de commande. Sur la figure, on peut voir un groupe motopropulseur 7 comprenant un moteur thermique 1 relié à une première machine électrique 2a et à une deuxième machine électrique 2b par l'intermédiaire d'une transmission infiniment variable 60, elle-même reliée à un train de roues motrices, 5a et 5b. La première machine électrique 2a est reliée par une connexion 3a à un élément de stockage d'énergie 4, la deuxième machine électrique 2b étant connectée à l'élément de stockage d'énergie 4 par une connexion 3b. Le système de commande de démarrage du groupe motopropulseur comprend un moyen de commande 61 du moyen de stockage d'énergie et un moyen de commande 62 du groupe motopropulseur. Le moyen de commande 62 du groupe motopropulseur comprend un correcteur mécanique 40, un premier moyen de traduction 42 et une première boucle de contre-réaction 50. Le correcteur mécanique 40 comprend un moyen d'action de retour 54, un moyen d'action proportionnelle 25, un moyen d'action intégrale 30 et un intégrateur 32, assistés par un moyen de rétroaction 37. La première boucle de contre réaction 50 comprend une unité de traitement 49 de mesures. Une mémoire 9 est reliée à un additionneur 23 par une connexion 52. L'additionneur 23 est relié au moyen d'action proportionnelle 25 par une connexion 24, au moyen d'action intégrale 30 par une dérivation 29 de la connexion 24 et au moyen de rétroaction 37 par une connexion 36. Le moyen d'action intégrale 30 est connecté à un intégrateur 32 par une connexion 31. L'additionneur 27 est connecté par une de ses entrées au moyen d'action proportionnelle 25 par une connexion 26 et à l'intégrateur 32 par une connexion 33. Un additionneur 56 est relié par une de ses entrées à l'additionneur 27 par une connexion 28 et au moyen d'action de retour 54 par la connexion 55. Un additionneur 34 est connecté par une de ses entrées à l'additionneur 56 par une connexion 57 et au moyen de rétroaction 37 par une connexion 38. L'additionneur 34 est relié par une de ses sorties au premier moyen de traduction 42 par une connexion 35. Le premier moyen de traduction 42 est relié par une de ses sorties aux machines électriques 2a et 2b par une connexion 43 et au moteur thermique 1 par une connexion 44. Un capteur 47 est relié mécaniquement aux machines électriques. L'unité de traitement 49 de mesures est connectée par une de ses entrées au capteur 47 par une connexion 48 et par une de ses sorties au moyen de rétroaction 37 par une connexion 51. Par ailleurs, la mémoire 9 est reliée à un additionneur 11 par une connexion 10. L'additionneur 11 est relié par une de ses sorties à un deuxième moyen d'action proportionnelle 14, lui-même relié à un additionneur 16 par une connexion 15. L'additionneur 16 est relié par une de ses entrées à un opérateur 17 et par une de ses sorties à un deuxième moyen de traduction 20 par l'intermédiaire d'une connexion 19. Le deuxième moyen de traduction 20 est relié à l'élément de stockage d'énergie 4 par une connexion 21 et à l'additionneur 11 par une dérivation 22 de la connexion 21. L'opérateur 17 est relié par une entrée à une dérivation 41 de la connexion 35 et par une autre entrée à une dérivation 45 de la connexion 43. Le moyen de commande 62 du groupe motopropulseur reçoit une valeur de consigne du régime de rotation du moteur thermique Wice_ref de la mémoire 9 par l'intermédiaire de l'additionneur 23. L'additionneur 23 reçoit également une valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique Wice_est de la première boucle de contre-réaction 50. L'additionneur 23 émet en sortie une valeur d'un écart mécanique Emee entre les valeurs Wice_ref et Wice_est. Emee = Wice ref - Wice est Si la valeur Wice_est n'est pas disponible, la valeur de l'écart mécanique Emee est égale à la valeur Wice_ref. La valeur de l'écart mécanique Emee est transmise au moyen d'action proportionnelle 25 et au moyen d'action intégrale 30. Le moyen d'action proportionnelle 25 émet en sortie une valeur égale au produit de l'écart mécanique Emee par un vecteur Kp prédéterminé. Le vecteur Kp comprend deux valeurs, Kpl et Kp2 se rapportant respectivement à la première et à la deuxième machine électrique. Par la suite, tous les vecteurs sont définis de la même façon. Le moyen d'action intégrale 30 réalise la multiplication par un vecteur Ki de la valeur de l'écart mécanique Emee. Le résultat en sortie du moyen d'action intégrale 30 est intégré par l'intégrateur 32. Les deux signaux sont alors sommés par l'additionneur 27 et le signal S 1 suivant est émis par la sortie dudit additionneur 27 : Kpl. Emee+JKil Emee dt = Kp2. Emec + J Ki2 Emee dt Le résultat S1 est sommé par l'additionneur 56 avec le signal en sortie du moyen d'action de retour 54 résultant de la multiplication de la valeur Wice_ref par un vecteur Kr et le signal S2 suivant est émis par la sortie dudit additionneur 56. Krl • Wice ref + Kpl Emee + J Kil EmeC dt S2 = Kr2 • Wice ref + Kp2 EmeC + J Kit EmeC dt Le résultat S2 est sommé par l'additionneur 34 avec le signal en sortie du moyen de rétroaction 37 résultant de la multiplication de Wice est par le vecteur Ks. Un vecteur de couples (Tel ;Te2) des machines électriques 2a et 2b sont obtenus en sortie de l'additionneur 34. Tel Ksl • Wice est + Krl • Wice ref + Kpl E11ec + J Kil Emee dt L Tel Ks2 Wice est + Kr2 • Wice ref + Kp2 E11ec + J Kit Emee dt Ces couples sont ensuite traduits par le premier moyen de traduction 42 en régimes de rotation Wel et We2 des machines électriques 2a et 2b, et en régime Wice du moteur thermique. Le capteur 47 détermine les valeurs mesurées Wel mes et We2_mes du régime de rotation des machines électriques. L'unité de traitement 49 de mesures détermine la valeur Wice est en fonction des valeurs Wel mes et We2_mes. Parallèlement, le moyen de commande 61 du moyen de stockage d'énergie reçoit une valeur de l'écart électrique eelec déterminée par l'additionneur 11 comme la différence entre la valeur de consigne de la tension aux bornes de l'élément de stockage Ucapa_ref reçue de la mémoire 9 et la valeur estimée de la tension aux bornes de l'élément de stockage Ucapa déterminée par le deuxième moyen de traduction 20. eelec = Ucapa_ref ù Ucapa Si la valeur Ucapa n'est pas disponible, la valeur de l'écart électrique eelec est égale à la valeur Ucapa_ref. Le deuxième moyen d'action proportionnelle 14 réalise alors le produit P1 de la valeur de l'écart électrique eelec par une constante K. P1 = K•eelec L'opérateur 17 réalise le produit P2 des valeurs (Wel,We2) et (Tel,Te2). P2=Wel.Tel + We2.Te2 L'additionneur 16 réalise alors la somme des produits P1 et P2 afin d'obtenir la puissance à délivrer par la batterie Pbat afin d'élever la rotation du moteur thermique. Pbat = P1 +P2 30 La puissance à délivrer par la batterie Pbat est alors traduite en valeur estimée de la tension aux bornes de la capacité Ucapa par le deuxième moyen de traduction 20. Alternativement, dans le cas d'un premier démarrage, et afin de limiter la quantité d'énergie utilisée et/ou nécessaire au démarrage, l'utilisation d'une seule machine électrique peut être envisagée. Dans ce cas, les variables de contrôle sont limitées aux variables de contrôle de la première machine électrique 2a. Le système décrit permet d'élever le régime de rotation du moteur thermique en dessus du seuil de ralenti, jusqu'à l'obtention d'un régime de rotation autoentretenu dudit moteur thermique. En utilisant une unité de calcul de type proportionnel intégral, il est possible de déterminer les couples et les régimes de rotation des machines électriques nécessaires pour élever le régime du moteur thermique. Grâce à la présence d'une boucle de contre-réaction, le calcul peut être asservi en fonction de la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique afin d'adapter rapidement les valeurs déterminées à l'évolution du régime de rotation du moteur thermique. Parallèlement, la puissance à délivrer par la batterie est déterminée par une unité de calcul de type proportionnel. La puissance à délivrer est alors traduite en tension de consigne aux bornes de la batterie. Le système est asservi aux couples et régimes de rotation des machines électriques de façon à ajuster la tension aux bornes de la batterie afin de maintenir une tension stable tout en fournissant une puissance suffisante aux machines électriques. Le système de commande est donc capable de démarrer un moteur thermique en ayant uniquement recours aux machines électriques embarquées. De plus, le système de commande est capable de surveiller et de réguler la tension aux bornes de la batterie de façon à concilier autonomie, sécurité, et puissance fournie aux machines électriques. REVENDICATIONS 1. Système de commande de démarrage d'un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un élément de stockage d'énergie (4), au moins un moteur thermique (1) relié par une transmission infiniment variable (60) à au moins une machine électrique (2a,) et aux roues motrices (5a,5b), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de commande (62) du groupe motopropulseur comprenant un correcteur mécanique (40), un premier moyen de traduction (42) et une première boucle de contre-réaction (50), le correcteur mécanique (40) étant capable de déterminer par calcul de type proportionnel intégral assisté par une contre-réaction au moins un couple de machine électrique (2a) permettant d'élever le régime de rotation du moteur thermique au moins en dessus de la vitesse de ralenti, un moyen de commande (61) du moyen de stockage d'énergie comprenant un correcteur électrique (13), un deuxième moyen de traduction (20) et une deuxième boucle de contre-réaction (22), le correcteur électrique (13) étant capable de déterminer la puissance de l'élément de stockage d'énergie (4) à libérer vers au moins une machine électrique (2a) par un calcul de type proportionnel assisté par une contre-réaction. 2. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel le correcteur mécanique (40) comprend un moyen d'action de retour (54), un moyen d'action proportionnelle (25), un moyen d'action intégrale (30) et un moyen d'intégration (32), assistés par un moyen de rétroaction (37). 3. Système de commande l'une des revendications précédentes comprenant une mémoire (9) permettant de stocker au moins les valeurs de consignes de la tension au bornes de l'élément de stockage (4) et du régime de rotation du moteur thermique (1). 4. Système de commande selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le groupe motopropulseur (7) comprend un capteur (47) et la boucle de contre-réaction (50) comprend une unité de traitement (49) de mesures, l'unité de traitement (49) de mesures déterminant alors une valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique (1) en fonction du régime de rotation d'au moins une machine électrique (2a) mesuré par le capteur (47). 5. Procédé de commande de démarrage d'un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un élément de stockage d'énergie (4) et au moins un moteur thermique (1) relié par une transmission infiniment variable (60) à au moins une machine électrique (2a) et aux roues motrices (5a,5b) dans lequel on détermine par un calcul de type proportionnel intégral au moins une consigne de couple de machine électrique (2a) afin d'élever la vitesse de rotation du moteur thermique (1) au moins en dessus de la vitesse de ralenti, ledit au moins un couple de machine électrique (2a) étant déterminé en fonction de l'écart entre une valeur de consigne de régime de rotation du moteur thermique (1) et une valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique (1), on détermine la puissance de l'élément de stockage d'énergie (4) à libérer vers la au moins une machine électrique (2a) en fonction du au moins un couple et régime de rotation de la au moins une machine électrique (2a), ainsi que l'écart entre la valeur de consigne de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie (4) et la valeur estimée de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie (4). 6. Procédé de commande selon la revendication 5, dans lequel le calcul de type proportionnel intégral permettant la détermination dudit au moins un couple de machine électrique (2a) comprend des étapes au cours desquelles : on estime une contribution proportionnelle pour ladite au moins une électrique (2a), dépendant de l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, on estime une contribution intégrale pour ladite au moins une machine électrique (2a), dépendant de l'intégration d'une valeur proportionnelle à l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique, on estime une contribution d'anticipation pour ladite au moins une machine électrique (2a), proportionnelle à la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique (1), on estime une contribution de retour pour ladite au moins une machine électrique (2a), proportionnelle la valeur de consigne du régime de rotation du moteur thermique (1), on somme les contributions proportionnelle, intégrale, d'anticipation et de retour afin d'obtenir ledit au moins un couple de machine électrique (2a). 7. Procédé de commande selon la revendication 6, dans lequel on détermine les régimes de rotation du moteur thermique (1) et d'au moins une machine électrique (2a) en fonction des couples de ladite au moins une machine électrique (2a). 8. Procédé de commande selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel on détermine la valeur estimée du régime de rotation du moteur thermique à partir des d'une valeur mesurée du régime de rotation de ladite au moins une machine électrique (2a). 9. Procédé de commande selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la détermination de la puissance de l'élément de stockage d'énergie (4) à libérer comprend des étapes au cours desquelles : on détermine un terme non linéaire dépendant au moins du produit du couple de la première machine électrique (2a) par le régime de rotation de la première machine électrique (2a), on détermine un terme proportionnel dépendant de l'écart entre la valeur de consigne et la valeur estimée de la tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie (4), on détermine la puissance de l'élément de stockage d'énergie (4) à libérer en réalisant l'addition du terme non linéaire et du terme proportionnel. 10. Procédé de commande selon la revendication 9, dans lequel on détermine une valeur de tension aux bornes de l'élément de stockage d'énergie (4) en fonction de la puissance de l'élément de stockage d'énergie (4) à libérer.