Brevet FR2917694A1 — publié le 20081226

"PROCEDE DE CONTROLE DU FREINAGE RECUPERATIF POUR VEHICULE HYBRIDE ET/OU A QUATRE ROUES MOTRICES ET ARRANGEMENT POUR VEHICULE METTANT EN OEUVRE LE PROCEDE" La présente invention concerne un procédé de contrôle du freinage récupératif pour un véhicule hybride ou à quatre roues motrices et un arrangement pour véhicule mettant en oeuvre le procédé. Dans l'état de la technique, on connaît des véhicules dont io l'entraînement est assuré par un moteur thermique et par un moteur électrique. Un tel entraînement est un entraînement hybride. Dans l'état de la technique on connaît des véhicules dont l'entraînement produit par au moins un actionneur d'entraînement 15 est appliqué sur les quatre roues du véhicule. C'est particulièrement le cas, même si ce n'est pas nécessaire, des véhicules hybrides. Particulièrement, il est connu d'appliquer l'effort moteur ou d'entraînement du moteur thermique sur un premier train et l'effort moteur d'un moteur électrique sur un 20 second train du véhicule. Dans l'état de la technique, il est enfin connu, quand on dispose d'une machine électrique travaillant en moteur pour l'entraînement du véhicule, de la faire fonctionner en mode de freinage, c'est-à-dire que du point de vue électrique, cette 25 machine, travaillant alors en génératrice, convertit l'énergie mécanique appliquée sur son rotor en un courant électrique qui peut alors être régulé dans un contrôleur de machine électrique comme courant de charge d'une batterie électrique. Dans ce mode de fonctionnement, la consommation d'énergie mécanique 30 produite par la conversion électrique applique un couple de freinage aux roues du véhicule. Il en résulte d'une part que le véhicule peut être au moins partiellement freiné à l'aide de la machine électrique d'entraînement fonctionnant en génératrice et 2 d'autre part que l'énergie cinétique récupérée par le freinage peut être convertie en énergie électrique, ce qui améliore le rendement énergétique global du véhicule au roulage. Cependant, on connaît aussi de l'état de la technique des solutions au problème de la stabilité du véhicule à l'entraînement ou au freinage qui exige une répartition des efforts d'entraînement ou de freinage entre le train avant et le train arrière. Particulièrement, il est connu que les efforts de freinage sur le train avant doivent être supérieurs aux efforts de freinage io sur le train arrière. Or, quand la machine électrique est sur le train arrière et le moteur thermique sur le train avant, il en résulte que la récupération d'énergie par freinage récupératif devra être plus faible qu'il est possible. 15 La présente invention apporte remède à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, l'invention concerne un procédé de contrôle du freinage récupératif dans un véhicule hybride, ou un véhicule à 4 roues motrices ou à 2 roues motrices, dans lequel le train arrière est couplé à une machine électrique 20 de récupération d'énergie. Le procédé consiste à déterminer le potentiel d'adhérence sur chacun des roues, à tester une condition d'équi-adhérence sur les potentiels mesurés et à en déduire un signal de contrôle du freinage récupératif de façon à optimiser la récupération d'énergie. 25 Selon un aspect de l'invention, le potentiel d'adhérence est calculé en fonction des efforts verticaux et des efforts longitudinaux sur chaque train et/ou roue d'un train. Selon un aspect de l'invention, la condition d'équiadhérence est établie sur la base d'une relation de degré deux 30 établissant la répartition entre les efforts avant et arrière. L'invention concerne aussi un arrangement pour véhicule mettant en oeuvre le procédé, le véhicule comportant un moteur thermique d'entraînement des roues avant. L'arrangement 3 consiste en ce que le véhicule est doté d'une machine électrique couplée par un moyen de couplage aux roues arrière du véhicule et dont le contrôleur d'alimentation et/ou de chargement électrique d'une batterie associée est commandé lors d'un mode de fonctionnement en freinage récupératif, par un contrôleur de répartition exécutant le procédé de l'invention. Selon un aspect de l'invention, le moyen de couplage comporte un différentiel couplé aux roues arrière. Selon un aspect de l'invention, le moyen de couplage io comporte un embrayage connecté au différentiel. Selon un aspect de l'invention, le moyen de couplage comporte un réducteur couplé à un arbre commun aux roues avant et aux roues arrière. Selon un aspect de l'invention, le moyen de couplage 15 comporte aussi une boîte de renvoi de l'effort mécanique échangé avec la machine électrique couplée aux roues arrière sur les roues avant. Selon un aspect de l'invention, l'arrangement comporte aussi un contrôleur de répartition de freinage récupératif qui est 20 connecté à un moyen de commande de mode de freinage récupératif, à un moyen de détection de l'accélération longitudinale, de la vitesse longitudinale et de la masse de façon à déterminer un signal de commande de répartition de l'effort de freinage récupératif sur les roues arrière et/ou sur les roues 25 avant. Selon un aspect de l'invention, le contrôleur de répartition de freinage comporte aussi un moyen pour exécuter une prestation de roulage électrique et qui est connecté à un moyen de commande de roulage électrique et qui produit un signal de 30 commande de roulage électrique sur le contrôleur de machine électrique en mode moteur et/ou sur le moyen de couplage de la machine électrique aux roues arrière ou aux roues arrière et aux roues avant. 4 Selon un aspect de l'invention, le contrôleur de répartition de freinage comporte aussi un moyen pour exécuter une prestation de couverture du trou de couple qui produit un signal de commande du contrôleur de machine électrique en mode moteur et/ou sur le moyen de couplage de la machine électrique aux roues arrière ou aux roues arrière et aux roues avant de manière à compenser un trou de couple moteur produit par une transition d'état de la chaîne de transmission depuis le moteur thermique. io D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente un schéma d'un arrangement selon un mode particulier de réalisation de l'invention ; 15 -la figure 2 représente une mode préféré de réalisation du procédé d'assemblage utilisant un agencement d'assemblage selon l'invention ; - la figure 3 représente une courbe expliquant une étape du procédé de la figure 2 ; et 20 - la figure 4 représente un schéma d'un autre arrangement selon l'invention. A la figure 1, on a représenté un arrangement selon l'invention. Dans cette architecture, le châssis comporte un train avant avec une paire de roues avant 5 et 6 couplées par un 25 différentiel 4 à l'arbre secondaire d'une boîte de vitesses 3 dont l'arbre primaire est entraîné par un moteur thermique 1 à travers un embrayage 2. Le moteur thermique 1 est couplé par ailleurs à un alternateur démarreur 7 dont le dimensionnement ne permet pas de faire un freinage récupératif efficace à lui seul. 30 Le train arrière comporte deux roues arrière 13 et 14 couplées par un différentiel 12 à l'arbre du rotor d'une machine électrique 11. La machine électrique 11 peut être la machine électrique d'entraînement d'un véhicule hybride à quatre roues motrices à condition qu'elle puisse aussi fonctionner en génératrice dans un mode de fonctionnement en freinage récupératif. L'arrangement de l'invention comporte aussi un contrôleur 5 de répartition de freinage 23 qui reçoit en entrée une pluralité de signaux d'entrée qui vont être décrits ci-après. Le signal d'entrée caractéristique de mode de freinage récupératif indique que l'arrangement de l'invention doit fonctionner en mode de récupération électrique lors d'un freinage io et ledit signal d'entrée est produit par un module pour produire un signal de mode de freinage récupératif 19. Ce module peut comporter un moyen d'évaluation de la combinaison d'un signal logique de possibilité de freinage récupératif, placé à l'état actif par une commande de conduite, et d'un signal d'activation du 15 freinage du véhicule. La commande de conduite peut être placée par un calculateur de conduite ou par la manipulation d'un commutateur d'état placé sur le poste de conduite à destination du conducteur. Le signal d'activation de freinage peut être produit par un capteur d'appui sur la pédale de freinage du poste de 20 conduite et/ou par un calculateur de conduite. Le signal d'entrée caractéristique de l'accélération longitudinal est produit par un capteur d'accélération longitudinal 20 qui permet notamment de déterminer les efforts longitudinaux sur les roues avant et sur les roues arrière, séparément. 25 Le signal d'entrée caractéristique de la vitesse longitudinal est produit par un capteur de vitesse longitudinal 21 qui permet notamment de distinguer les vitesses de rotation des roues avant et arrière. Le signal d'entrée caractéristique de mesure ou 30 d'estimation de masse est produit par un moyen de mesure ou d'estimation de la masse 22 qui permet notamment de déterminer la composante verticale des efforts sur chacune des roues et plus particulièrement sur chaque train avant et arrière. 6 Le contrôleur de répartition de freinage 23 comporte ensuite une connexion avec une base de données de conditions d'équi-adhérence qui permettent de déterminer la répartition la plus élevée de freinage entre le train avant et le train arrière et de se déterminer par rapport à cet optimum en fonction de diverses contraintes liées notamment à l'anti-patinage, à la distance de freinage admissible, etc. La base de données est enregistrée dans mémoire de données de test d'équi-adhérence 24. Le contrôleur 23 de répartition de freinage produit alors de io un à quatre signaux de commande et nécessairement un signal de commande C4 au contrôleur de puissance 9 qui régule le courant débité par la machine électrique de façon à réguler le couple résistant qu'elle produit sur les roues arrière 13 et 14. A cet effet, le contrôleur de puissance 9 comporte un moyen pour réguler le 15 courant produit par la machine électrique 11 fonctionnant en génératrice, selon une consigne d'effort de freinage sur les roues arrière déterminée en permanence pendant un mode de fonctionnement en freinage récupératif par le contrôleur 23. Dans un mode particulier de réalisation, le contrôleur de 20 répartition de freinage 23 produit aussi un signal de commande C3 du contrôleur 8 de puissance qui contrôle le courant de la machine électrique 7, notamment, quand elle est un alternateur démarreur pour le moteur thermique 1. Le signal de commande C3 permet alors de contrôler, en fonction de la répartition des 25 efforts de freinage entre l'avant et l'arrière, le courant de charge de la batterie 10 qui peut être produit par l'alternateur démarreur en complément de celui débité par la machine électrique 11 couplée aux roues arrière. Dans un mode particulier de réalisation, le contrôleur de 30 répartition de freinage en freinage récupératif 23 produit des signaux de commande Cl à destination des actionneurs du moteur thermique 1 et de l'embrayage 2, quand il s'agit d'un embrayage piloté. En pratique, dans tous les cas, ces signaux Cl 7 et C2 sont associés à des signaux de freinage par friction appliqués aux roues avant et le cas échéant pour un solde d'effort de freinage non disponible par la machine électrique 11 en freinage récupératif par des signaux de freinage par friction appliqués aux roues arrière. Du fait que ces signaux ne sont appliqués qu'en conjonction avec les moyens de l'invention ou qu'ils sont appliqués quand le procédé de l'invention n'est pas exécuté, par exemple lorsque le véhicule est en fonctionnement en dehors du mode de freinage récupératif, ces signaux de io freinage par friction ne sont pas plus décrits, ni représentés au dessin. A la figure 2, on a représenté l'organigramme du procédé de l'invention dans son mode préféré de réalisation. Lors du fonctionnement du véhicule Al, un changement de mode de 15 fonctionnement en freinage récupératif est détecté lors d'une étape S2. Si ce n'est pas le cas, le fonctionnement du véhicule hors freinage récupératif est repris. Si c'est le cas, le contrôle passe à l'étape S3 au cours de laquelle le contrôleur de répartition de freinage 23 ou un organe de calcul correspondant 20 lié au véhicule contrôlé calcule sur la base de l'accélération et de l'estimation de la masse les efforts longitudinaux Fx et verticaux Fz à la fois sur le train avant et sur le train arrière. Il en est déduit deux couples de valeurs (Fx, Fz)_AV sur le train avant et (Fx, Fz)_AR sur le train arrière qui permettent de calculer les 25 potentiels d'adhérence sur le train avant et sur le train arrière respectivement p_AV = Fx_AV/Fz_AV et p_AR = Fx_AR/Fz_AR Au cours d'une étape ultérieure S4, le contrôleur 23 de répartition de freinage ou un organe de calcul correspondant lié au véhicule contrôlé calcule une condition de commande pour 30 générer un signal de commande au moins C4 (Figure 1) du courant débité par la machine électrique en freinage récupératif sur les roues arrière (machine 11 à la figure 1) de façon à se rapprocher d'une commande de freinage globale en situation 8 d'équi-adhérence. Les autres signaux de commande notamment Cl à C3 sont déduits de cette condition d'équi-adhérence en tenant compte de la force totale de freinage demandée. Le courant de freinage qui détermine le couple de freinage appliqué par la machine électrique en freinage récupératif (la machine 1 1 de la figure 1) est alors déterminé lors d'une étape S5 et le processus est repris à l'étape S2 tant qu'on est en freinage récupératif. A la figure 3, on a représenté une courbe représentative io d'une condition de freinage en équi-adhérence entre les roues avant AV et les roues arrière AR en fonction du potentiel d'adhérence Fx/Fz. Dans un mode préféré de réalisation, la relation de consigne maximale est déterminée par une fonction du second degré, la courbe représentée étant alors une parabole. La 15 donnée du potentiel d'adhérence en abscisse détermine en ordonnée la valeur maximale de commande de freinage récupératif sur la machine électrique de freinage récupératif (comme la machine 1 1 de la figure 1). Cette courbe est enregistrée dans la base de données des conditions d'équi- 20 adhérence enregistrée dans la mémoire 24 de conditions d'équiadhérence (Figure 1) et en pratique, en fonction de divers paramètres comme la distance de freinage, l'état de la route ou encore la vitesse de glissement de la roue à la route, plusieurs conditions sont enregistrées et sont sélectivement utilisées lors 25 de l'étape S4 du procédé précité. A la figure 4, on a représenté un autre arrangement selon l'invention dans lequel l'architecture de véhicule est différente de l'architecture de la figure 1. Cependant, les mêmes éléments de la figure 4 portent les mêmes numéros de référence et ne seront 30 pas plus décrits. Dans le châssis du mode de réalisation de la figure 4, le véhicule comporte originellement un seul moteur thermique 1 qui est couplé à une ligne d'arbre de transmission de façon à réaliser 9 un entraînement à quatre roues. De manière à faire bénéficier le véhicule d'un freinage récupératif, l'arrangement de l'invention consiste à intercaler un réducteur à roue dentée sur l'arbre de sortie d'une boîte de renvoi 32 dont l'autre arbre de sortie est connecté au différentiel 4 des roues avant, tandis que la sortie du réducteur 31 est couplé à un embrayage piloté 33. Le réducteur 31 est par ailleurs couplé à une machine électrique 31 dont le contrôleur de puissance 9 l'alimente en courant électrique sur la batterie 10 ou lui permet de débiter un courant de charge lors du io freinage récupératif. On remarque que l'arrangement de l'invention permet de réaliser plusieurs prestations selon l'architecture de véhicule sur laquelle l'arrangement est disposé. Particulièrement, quand l'arrangement est disposé sur un 15 véhicule à quatre roues motrices avec un seul moteur thermique comme il est représenté à la figure 4, il permet de réaliser une prestation de freinage récupératif sur les seules roues avant en ouvrant l'embrayage arrière 33 en commandant par un signal de commande C5 convenable l'actionneur de l'embrayage piloté 33. 20 Dans un autre mode de réalisation, il est aussi prévu de réaliser une prestation de freinage récupératif à la fois sur les roues avant et sur les roues arrière en réalisant une commande proportionnelle par un signal de commande C5 convenable produit par le contrôleur 23 de répartition de freinage et appliqué sur un 25 actionneur connu de l'embrayage piloté 33. Il est alors possible d'appliquer non seulement une consigne globale de freinage récupératif FR_T par un signal de commande Cl sur le courant de récupération produit par la machine électrique 30 de freinage récupératif, mais aussi une commande proportionnelle K par un 30 signal de commande C5 appliqué à l'actionneur de l'embrayage piloté 33 et calculée selon le procédé de l'invention, de sorte que : Fx AV+Fx AR REVENDICATIONS 1 û Procédé de contrôle du freinage récupératif dans un véhicule hybride, ou un véhicule à 4 roues motrices ou à 2 roues motrices, dans lequel le train arrière est couplé à une machine électrique de récupération d'énergie, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer (S3) le potentiel d'adhérence (Fx/Fz) sur chacune des roues (AV/AR), à tester (S4) une condition d'équiadhérence sur les potentiels mesurés et à en déduire (S5) un signal de commande (C4, C5) du freinage récupératif de façon à optimiser la récupération d'énergie. 2 û Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le potentiel d'adhérence est calculé en fonction des efforts verticaux et des efforts longitudinaux sur chaque train et/ou roue d'un train. 3 û Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la condition d'équi-adhérence est établie sur la base d'une relation de degré deux établissant la répartition entre les efforts avant et arrière. 4 -Arrangement pour véhicule mettant en oeuvre le procédé, le véhicule comportant un moteur thermique (1) d'entraînement des roues avant, caractérisé en ce que le véhicule est doté d'une machine électrique (11 ; 30) couplée par un moyen de couplage (12 ; 31, 33, 12) aux roues arrière du véhicule et dont le contrôleur d'alimentation et/ou de chargement électrique (9) d'une batterie associée (10) est commandé lors d'un mode de fonctionnement en freinage récupératif, par un contrôleur de répartition (23) exécutant le procédé de l'invention. 5 û Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de couplage comporte un différentiel (12) couplé aux roues arrière. 6 û Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de couplage comporte un embrayage (33) connecté au différentiel arrière (12). 14 7 ù Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de couplage comporte un réducteur (31) couplé à un arbre commun aux roues avant et aux roues arrière. 8 ù Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de couplage comporte aussi une boîte de renvoi (32) de l'effort mécanique échangé avec la machine électrique (30) couplée aux roues arrière sur les roues avant. 9 ù Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contrôleur de répartition de freinage récupératif (23) est connecté à un moyen de commande (19) de mode de freinage récupératif, à un moyen (20) de détection de l'accélération longitudinale, (21) de la vitesse longitudinale et (22) de la masse de façon à déterminer un signal de commande (C4, C5) de répartition de l'effort de freinage récupératif sur les roues arrière et/ou sur les roues avant. 10 ù Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contrôleur de répartition de freinage (23) comporte aussi un moyen pour exécuter une prestation de roulage électrique et qui est connecté à un moyen de commande de roulage électrique et qui produit un signal de commande de roulage électrique sur le contrôleur de machine électrique en mode moteur et/ou sur le moyen de couplage de la machine électrique aux roues arrière ou aux roues arrière et aux roues avant. 11 ù Arrangement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contrôleur de répartition de freinage comporte aussi un moyen pour exécuter une prestation de couverture du trou de couple qui produit un signal de commande du contrôleur de machine électrique en mode moteur et/ou sur le moyen de couplage de la machine électrique aux roues arrière ou aux roues arrière et aux roues avant de manière à compenser un trou de couple moteur produit par une transition d'état de la chaîne de transmission depuis le moteur thermique.