Brevet FR2931427A1 — publié le 20091127

PROCEDE DE DECOUPLAGE D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION SUR UN VEHICULE HYBRIDE ET VEHICULE HYBRIDE POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE L'invention concerne les véhicules du type comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (ou GMP) avec un moteur thermique couplé au train avant du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses et une machine électrique destinée à être couplée au train arrière du véhicule. L'invention concerne plus particulièrement les véhicules hybrides 1 o disposant de deux réservoirs d'énergie distincts. On considère que chacun des réservoirs constitue une source d'énergie transmise aux roues du véhicule pour le faire avancer et que le lien en puissance vers l'un des réservoirs d'énergie est réversible. L'énergie contenue dans le réservoir réversible peut être utilisée pour accélérer le véhicule. L'énergie cinétique du 15 véhicule, lors d'une décélération, peut être à son tour utilisée pour remplir ce réservoir. Habituellement dans un véhicule hybride, un premier réservoir contient un carburant par exemple de l'essence pour faire fonctionner le moteur thermique du groupe motopropulseur. Le deuxième réservoir 20 réversible est une batterie électrique. Dans les véhicules hybrides de l'état de l'art, la machine électrique est couplée aux roues du véhicule selon différentes techniques et en application de diverses stratégies de couplage souvent liées à une 25 optimisation des points de fonctionnement des machines électriques et thermiques du véhicule hybride. Par exemple, dans certaines stratégies de couplage, la machine électrique apporte un couple supplémentaire aux roues du véhicule de façon à optimiser la consommation en carburant du moteur thermique, ou lorsque 30 le couple fournit par le moteur thermique est insuffisant. Dans d'autres stratégies la machine électrique est couplée aux roues du véhicule pour absorber un excès de couple fourni par le moteur thermique et transformer ce couple excédentaire en énergie électrique alimentant la batterie. La machine électrique peut également être utilisée pour propulser le véhicule lorsque le moteur thermique est arrêté et découplé des roues avant. Dans certains de ces cas, une machine électrique couplée aux roues du véhicule en mouvement se traduit par une consommation supplémentaire de carburant du fait des pertes de couple occasionnées par l'entraînement en rotation de la machine électrique avec son dispositif de couplage aux roues du véhicule. 1 o Pour pallier les inconvénients des véhicules hybrides de l'état de l'art, l'invention propose un procédé de contrôle de véhicule hybride comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur ayant un moteur thermique couplé aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, une machine électrique ME pouvant être configurée, soit en moteur 15 électrique pour fournir un couple de traction au véhicule, soit en génératrice pour fournir un courant électrique à un moyen de stockage d'énergie électrique par un réseau électrique du véhicule, un dispositif de couplage interposé entre la machine électrique et un arbre moteur couplé aux roues du véhicule comportant une entrée de commande Ec pour être mis soit dans 20 une position dite de couplage assurant un couplage mécanique entre la machine électrique et l'arbre moteur, soit dans une position de découplage interrompant le couplage mécanique entre ladite machine électrique et l'arbre moteur, un capteur fournissant la valeur de la vitesse Vt du véhicule, un dispositif de contrôle du véhicule, 25 caractérisé en ce que le dispositif de couplage est commandé par le dispositif de contrôle pour découpler la machine électrique de l'arbre moteur lorsque la valeur de la vitesse Vt du véhicule est supérieure à un seuil de référence de vitesse Vtref établi à partir de paramètres caractéristiques d'au moins un organe du véhicule. 30 Avantageusement, le seuil de référence de vitesse Vtref est modifié en fonction de la variation dans le temps t d'au moins un autre paramètre caractéristique des conditions de roulage du véhicule. Dans une réalisation, l'autre paramètre caractéristique des conditions de roulage du véhicule est le rapport engagé de la boîte de vitesses du véhicule. Dans une autre réalisation, l'autre paramètre résulte de l'activation ou non d'un dispositif de régulation de vitesse du véhicule. Dans une autre réalisation, l'autre paramètre résulte de l'activation ou non par le conducteur d'un mode de conduite � sport � du véhicule, pour 1 o une conduite dynamique. Dans une autre réalisation, l'autre paramètre est le niveau d'accélération du véhicule. 15 Dans une autre réalisation, le seuil de référence de vitesse Vtref est réduit lorsque le rapport de boîte de vitesse le plus long est engagé. Dans une autre réalisation, le seuil de référence de vitesse Vtref est réduit lorsque le dispositif de régulation de vitesse du véhicule est activé. Dans une autre réalisation, le seuil de référence de vitesse Vtref est augmenté lorsque le mode de conduite � sport � du véhicule est activé. Dans une autre réalisation, le seuil de référence de vitesse Vtref est 25 augmenté lorsque le niveau d'accélération du véhicule dépasse un niveau d'accélération prédéterminé. Dans une autre réalisation, la valeur de l'accélération est calculée à partir de la variation de la vitesse du véhicule. 30 Dans une autre réalisation, un ou plusieurs paramètres caractéristiques des organes du véhicule sont choisis parmi, la puissance et couple moteur nominaux ou maximaux du moteur thermique et/ou de la machine électrique, le rendement énergétique des moteurs en fonction de la 35 vitesse du véhicule, la capacité de stockage de la batterie, le courant 20 maximum pouvant être fourni par la batterie, le type d'habitacle ou de carrosserie, l'aérodynamique, ou autres paramètres permettant de déterminer le seuil optimum de référence de vitesse Vtref pour commander le découplage de la machine électrique. L'invention concerne aussi un dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle d'un véhicule hybride selon l'invention. Le véhicule hybride comporte une chaîne de traction à groupe motopropulseur ayant un moteur thermique couplé aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, une machine électrique ME pouvant être configurée, soit en moteur électrique pour fournir un couple de traction au véhicule, soit en génératrice pour fournir un courant électrique à un moyen de stockage d'énergie électrique par un réseau électrique du véhicule, un dispositif de couplage interposé entre la machine électrique et un arbre moteur couplé aux roues du véhicule comportant une entrée de commande Ec pour être mis soit dans une position dite de couplage assurant un couplage mécanique entre la machine électrique et l'arbre moteur, soit dans une position de découplage interrompant le couplage mécanique entre ladite machine électrique et l'arbre moteur, un capteur fournissant la valeur de la vitesse Vt du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire M pour stocker au moins un paramètre caractéristique d'un organe du véhicule, un calculateur CAL pour fournir, à partir des différents paramètres stockés dans la mémoire M, un seuil de référence de vitesse Vtref, une sortie Sc de commande du dispositif de couplage, le dispositif de contrôle étant configuré pour mettre le dispositif de couplage dans la position de découplage lorsque la valeur de la vitesse Vt du véhicule est supérieure au seuil de référence de vitesse Vtref établi à partir de paramètres stockés dans la mémoire. Avantageusement le dispositif comporte des entrées recevant des informations, stockées dans la mémoire M, caractéristiques des conditions de roulage du véhicule. L'invention concerne aussi un véhicule hybride comportant le 35 dispositif de contrôle selon l'invention. Un principal but de l'invention est de proposer une stratégie de découplage des machines électriques couplées aux roues d'un véhicule hybride de façon à minimiser les pertes provoquées par l'entraînement de ses machines par le moteur thermique du véhicule. Un autre but est de proposer une structure de véhicule hybride mettant en oeuvre la stratégie de découplage selon l'invention. 1 o L'invention sera mieux comprise par une description du procédé selon l'invention et un exemple d'architecture de véhicule hybride pour la mise en oeuvre du procédé en référence aux figures indexées dans lesquelles : - la figure 1 montre un véhicule hybride pour la mise en oeuvre du 15 procédé selon l'invention et ; - la figure 2, représente un organigramme montrant les principales étapes du procédé selon l'invention. La figure 1 montre un véhicule hybride pour la mise en oeuvre du 20 procédé selon l'invention. Le véhicule de la figure 1 comporte, à l'avant du véhicule, une chaîne de traction thermique 10 ayant un train avant 12 et deux roues avant 14, 16. Les roues avant sont entraînées en rotation par le couple fourni par un moteur thermique 18 par l'intermédiaire d'un embrayage 20 et d'une boîte 25 de vitesses 22. L'arrière du véhicule comporte une chaîne de traction électrique 30 ayant un train arrière 32 et deux roues arrière 34, 36. Le véhicule de la figure 1 comporte, en outre, une machine électrique ME 40, dimensionnée pour pouvoir propulser le véhicule, destinée à être couplée au train arrière 32 du véhicule par l'intermédiaire d'un dispositif de 30 couplage 42 et un réducteur 44. La machine électrique ME comporte un arbre de rotor 46 destiné à être couplé mécaniquement à un arbre moteur 48 du réducteur. Le réducteur 44 permet d'adapter la vitesse de rotation de l'arbre de rotor 46 de la machine électrique 40 à une vitesse de rotation plus faible du train arrière 32 du véhicule. Dans cet exemple de réalisation, la démultiplication du réducteur 44 entre la machine électrique et les roues arrière du véhicule est fixe. Le dispositif de couplage 42, inséré entre l'arbre de rotor 46 de la machine électrique et l'arbre moteur 48 du réducteur 44, comporte une entrée de commande Ec pour être mis, soit dans une position dite de couplage assurant la transmission d'un couple entre l'arbre de rotor 46 de la machine électrique et l'arbre moteur 48 du réducteur 44, soit dans une positon de découplage interrompant la transmission d'un couple entre deux 1 o arbres 46, 48. La machine électrique 40 peut être, soit configurée en moteur électrique, par exemple lorsque véhicule hybride est dans une configuration de propulsion purement électrique, soit configurée en génératrice électrique, par exemple lors d'une récupération d'énergie cinétique du véhicule. A cet 15 effet, le véhicule comporte un moyen de stockage 50 d'énergie électrique couplé à la machine électrique par un réseau électrique 52 du véhicule. Le moyen de stockage électrique 50 est typiquement une batterie BT 50, ou un pack de batteries constitué d'une pluralité d'accumulateurs. En configuration de propulsion électrique, la batterie BT fournit un 20 courant d'alimentation par le réseau électrique 52 à la machine électrique ME. En configuration de récupération d'énergie cinétique du véhicule, la machine électrique charge la batterie par ledit réseau électrique. Le véhicule hybride selon l'invention comporte des éléments habituels de commande d'accélération et de freinage (non représentés sur la 25 figure) contrôlés par le conducteur, tels qu'une pédale d'accélération commandant le couple délivré par le groupe motopropulseur (ou GMP) et une pédale de frein commandant le freinage du véhicule, mais aussi une commande qui peut être soit automatique, soit actionnée par le conducteur pour changer le rapport Rbv de la boîte de vitesses. 30 Le véhicule comporte d'autres commandes actionnées par la volonté du conducteur pour choisir un mode prédéterminé de conduite. Par exemple, une commande Msp d'activation ou non de conduite dite � sport � de manière à privilégier la dynamique du véhicule sur la valeur de consommation en carburant à haute vitesse, une commande Vrl d'activation 35 ou non de Limitation (d'acronyme LVV) ou de Régulation de Vitesse Véhicule (d'acronyme RVV) utile lors des conduites sur auto route en assurant un respect des vitesses autorisée. L'architecture du véhicule hybride représenté à la figure 1, selon l'invention, comporte en outre une unité centrale UC 60 assurant le pilotage de la chaîne de traction thermique 10, de la chaîne de traction électrique 30 et du dispositif de couplage 42 pour répondre aux différentes stratégies de pilotage du véhicule et notamment le découplage de la machine électrique, selon un principale caractéristique de l'invention, lorsque la vitesse Vt du 1 o véhicule dépasse un seuil de référence de vitesse Vtref déterminé par l'unité centrale. A cet effet, l'unité centrale UC 60 comporte une sortie Sc connectée à l'entrée Ec de commande du dispositif de couplage 42 et - deux entrées Ev, Ea recevant respectivement, l'une Ev, une 15 information de vitesse du véhicule Vt en sortie d'un capteur de vitesse Cv 64 et, l'autre Ea, une information d'accélération du véhicule Ac en sortie d'un capteur accélération Ca 66 du véhicule, - des entrées Ebv, Erl, Esp, recevant respectivement une information Rbv caractéristique du rapport utilisé par la boîte de vitesse, une information 20 Vrl d'activation ou non d'une fonction de limitation ou de régulation de vitesse du véhicule et une information Msp du mode de conduite � sport � du véhicule. Dans une réalisation plus économique le véhicule comporte un seul 25 capteur Cv de vitesse Vt, la valeur de l'accélération Ac peut être calculée à partir de la variation de la vitesse du véhicule. L'unité centrale comporte, en outre, une mémoire M 62 pour stocker, d'une part, 30 - des paramètres caractéristique d'organes du véhicule qui sont à priori fixés puisque liées à la constitution du véhicule tels que : - puissance et couple moteur nominaux ou maximaux du moteur thermique et/ou de la machine électrique, rendement énergétique des moteurs en fonction de la vitesse du véhicule, capacité de stockage de la 35 batterie, courant maximum pouvant être fourni par la batterie, type d'habitacle ou de carrosserie, aérodynamique, ou autres paramètres permettant de déterminer le seuil optimum de référence de vitesse Vtref pour commander le découplage de la machine électrique ; et, d'autre part, les autres paramètres variables ou modifiables liées aux conditions de roulage du véhicule tels que décrits précédemment : - rapport de vitesses Rbv de la boite de vitesse du véhicule, - activation ou non Vrl d'une fonction de limitation ou de régulation de vitesse du véhicule, - activation ou non, au niveau d'un interface avec le conducteur du 1 o véhicule, d'un mode particulier de conduite. Par exemple en mode � sport � Msp privilégiant la dynamique du véhicule sur la valeur de consommation en énergie du véhicule, - l'accélération Ac du véhicule, L'unité centrale UC comporte un calculateur CAL 63 pour fournir, à 15 partir des différents paramètres stockés dans la mémoire M, un seuil de référence de vitesse Vtref et une commande de découplage de la machine électrique. Une horloge H 65 commande un rafraîchissement en fonction du temps t (tO, t1, t2, ....) des paramètres dans la mémoire M 62 de l'unité centrale et le calcul du seuil de référence de vitesse Vtref. 20 Par la suite est décrit le procédé de contrôle du véhicule hybride selon l'invention qui est essentiellement un procédé de découplage de la machine électrique 40 du train arrière 32 du véhicule 25 La figure 2, représente un organigramme montrant les principales étapes du procédé selon l'invention. A un temps tO, un seuil de référence de vitesse VtrefO du véhicule est calculé par l'unité centrale UC à partir de paramètres stockés dans la mémoire M caractéristiques des organes du véhicule hybride et d'autres 30 paramètres liés aux conditions de roulage du véhicule variables en fonction du temps t. Par hypothèse, dans une condition initiale, à t0, du déplacement du véhicule, le calculateur CAL fourni un seuil de référence de vitesse VtrefO et la vitesse Vt du véhicule est inférieure à ce seuil VtrefO. Dans cette condition 35 initiale, le dispositif de couplage 40 est commandé par l'unité centrale UC 60 dans l'état de couplage, l'arbre de rotor 46 de machine électrique 40 est couplé à l'arbre moteur du réducteur 44 et, par conséquent, au train arrière 30 du véhicule. Première étape 76, 78, 80 à partir de la condition initiale à t0 : - mesure continue 80 de la vitesse Vt du véhicule et parallèlement calcul 78 par l'unité centrale UC 60, à un temps t1 supérieur à t0, d'un seuil de référence de vitesse Vtref à partir des paramètres de roulage rafraîchis 76 au temps t1 et stockées dans la mémoire M 62. Deuxième étape 82 : - comparaison de la vitesse du véhicule Vt au seuil de référence de vitesse Vtref calculé 78 au temps O. Si la vitesse Vt du véhicule est supérieure au seuil de référence de vitesse calculé Vtref (oui), l'unité centrale UC 60 fournit une demande de découplage 84 au dispositif de couplage 40. Si le seuil calculé de référence de vitesse Vtref n'est pas dépassé (non), retour à la mesure de vitesse Vt 80 et le dispositif de couplage 42 est maintenu dans l'état initial de couplage ; Troisième étape 84 : si l'unité centrale UC fournit une demande de découplage (oui) : - le dispositif de couplage est actionné (86) ; Quatrième étape : - le découplage est réalisé 88, l'arbre de rotor 46 de la machine électrique est découplé mécaniquement de l'arbre moteur 48 du réducteur. Au temps suivant t2, l'horloge H commande un rafraîchissement des paramètres de roulage et le cycle de calcul 78 et de comparaison 82 à la 30 vitesse Vt du véhicule recommence. Le procédé de découplage de la machine électrique des roues du véhicule comporte l'avantage de supprimer des pertes dues à entraînement de la machine électrique par le moteur thermique lorsque celle-ci n'est pas 35 utile. C'est par exemple le cas lorsque le véhicule roule à sa vitesse nominale, par exemple au dessus de 80 km/h, le moteur thermique fonctionnant alors avec un bon rendement énergétique. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de véhicule hybride comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (10) ayant un moteur thermique (18) couplé aux roues (14, 16) du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses (22), une machine électrique ME (40) pouvant être configurée, soit en moteur électrique pour fournir un couple de traction au véhicule, soit en génératrice pour fournir un courant électrique à un moyen de stockage (50) d'énergie électrique par un réseau électrique (52) du véhicule, un dispositif 1 o de couplage (42) interposé entre la machine électrique et un arbre moteur (48) couplé aux roues du véhicule (34, 36) comportant une entrée de commande Ec pour être mis soit dans une position dite de couplage assurant un couplage mécanique entre la machine électrique (40) et l'arbre moteur (48), soit dans une position de découplage interrompant le couplage 15 mécanique entre ladite machine électrique et l'arbre moteur, un capteur (64) fournissant la valeur de la vitesse Vt du véhicule, un dispositif de contrôle UC (60) du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de couplage (42) est commandé par le dispositif de contrôle UC (60) pour découpler la machine électrique 20 (40) de l'arbre moteur (48) lorsque la valeur de la vitesse Vt du véhicule est supérieure à un seuil de référence de vitesse Vtref établi à partir de paramètres caractéristiques d'au moins un organe du véhicule. 2. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le seuil de référence de vitesse Vtref est modifié en fonction de la variation dans le temps t d'au moins un autre paramètre caractéristique des conditions de roulage du véhicule. 3. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon la revendication 2, 30 caractérisé en ce que l'autre paramètre caractéristique des conditions de roulage du véhicule est le rapport Rbv engagé de la boîte de vitesses du véhicule. 4. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'autre paramètre résulte de l'activation ou non Vrl d'un dispositif de régulation de vitesse du véhicule. 5. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'autre paramètre résulte de l'activation ou non Msp par le conducteur d'un mode de conduite � sport � du véhicule, pour une conduite dynamique. 6. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'autre paramètre est le niveau Ac d'accélération du véhicule. 7. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le seuil de référence de vitesse Vtref est réduit lorsque le rapport de boîte de vitesse Rbv le plus long est engagé. 8. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le seuil de référence de vitesse Vtref est réduit lorsque le dispositif de régulation de vitesse du véhicule est activé. 9. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le seuil de référence de vitesse Vtref est augmenté lorsque le mode de conduite � sport � du véhicule est activé. 10. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le seuil de référence de vitesse Vtref est augmenté lorsque le niveau d'accélération Ac du véhicule dépasse un niveau d'accélération Acref prédéterminé. 11. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la valeur de l'accélération Ac est calculée à partir de la variation de la vitesse Vt du véhicule. 12. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs paramètres caractéristiques des organes du véhicule sont choisis parmi, la puissance et couple moteur nominaux ou maximaux du moteur thermique et/ou de la machine électrique, le rendement énergétique des moteurs en fonction de la 1 o vitesse du véhicule, la capacité de stockage de la batterie, le courant maximum pouvant être fourni par la batterie, le type d'habitacle ou de carrosserie, l'aérodynamique, ou autres paramètres permettant de déterminer le seuil optimum de référence de vitesse Vtref pour commander le découplage de la machine électrique. 15 13. Dispositif de contrôle (60) pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle d'un véhicule hybride selon l'une des revendication 1 à 10, le véhicule hybride comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (10) ayant un moteur thermique (18) couplé aux roues (14, 16) du véhicule 20 par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses (22), une machine électrique ME (40) pouvant être configurée, soit en moteur électrique pour fournir un couple de traction au véhicule, soit en génératrice pour fournir un courant électrique à un moyen de stockage (50) d'énergie électrique par un réseau électrique (52)du véhicule, un dispositif de couplage (42) interposé entre la machine 25 électrique et un arbre moteur (48) couplé aux roues du véhicule (34, 36) comportant une entrée de commande Ec pour être mis soit dans une position dite de couplage assurant un couplage mécanique entre la machine électrique (40) et l'arbre moteur (48), soit dans une position de découplage interrompant le couplage mécanique entre ladite machine électrique et l'arbre 30 moteur, un capteur (64) fournissant la valeur de la vitesse Vt du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire M (62) pour stocker au moins un paramètre caractéristique d'un organe du véhicule, un calculateur CAL (63) pour fournir, à partir des différents paramètres stockés dans la mémoire M, un seuil de référence de vitesse Vtref, une sortie Sc de 35 commande du dispositif de couplage, le dispositif de contrôle (60) étant 5configuré pour mettre le dispositif de couplage (42) dans la position de découplage lorsque la valeur de la vitesse Vt du véhicule est supérieure au seuil de référence de vitesse Vtref établi à partir de paramètres stockés dans la mémoire. 14. Dispositif de contrôle (60) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte des entrées (Ebv, Erl, Esp) recevant des informations (Rbv, Vrl, Mps), stockées dans la mémoire M, caractéristiques des conditions de roulage du véhicule. 10 15. Véhicule hybride caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle selon l'une des revendications 13 ou 14. 15