Brevet FR2923963A1 — publié le 20090522

B07/2159FR ù GBR/EVH Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile Invention de : Fahri KERETLI 2 Système de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile La présente invention porte sur un système et un procédé de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile et capable d'alimenter un réseau électrique du véhicule. Dans un véhicule automobile, le réseau électrique permettant l'alimentation de nombreux dispositifs électriques est constitué par la mise en parallèle d'un alternateur et d'une batterie, ou d'un alterno- démarreur et d'une batterie dans le cas d'un véhicule semi hybride. Le rôle principal de la batterie dans un tel système est d'assurer le démarrage du moteur. Une fois que le moteur a démarré, l'alternateur tourne et peut délivrer le courant requis par les différents dispositifs électriques du véhicule. Un alterno-démarreur regroupe en un seul élément le démarreur et l'alternateur. Or, l'arbre de rotation de l'alternateur est couplé à l'arbre de rotation du moteur à combustion interne ou moteur thermique du véhicule par l'intermédiaire d'un ensemble d'entraînement. Aussi, l'alimentation électrique du réseau électrique du véhicule, fournie par l'alternateur ou l'alterno-démarreur, entraîne une surconsommation de carburant par le moteur thermique. Afin de réduire la consommation de carburant imputable aux équipements électriques du véhicule, il est connu de favoriser la génération électrique durant les phases de décélération du véhicule en récupérant de l'énergie cinétique pour recharger la batterie. Le brevet américain US 6 166 523 (Singh et al.) propose de piloter le fonctionnement ou l'arrêt de l'alternateur en fonction de plusieurs paramètres tels le niveau de charge de la batterie, la puissance électrique consommée par le véhicule, ainsi que 3 l'accélération ou la décélération du véhicule. L'alternateur est arrêté durant les accélérations du véhicule ou lorsque le niveau de charge de la batterie est supérieur à un seuil ou lorsque la consommation électrique du véhicule est faible. Durant la coupure de l'alternateur, la batterie électrique alimente les équipements électriques et se décharge. L'alternateur est activé lorsque le véhicule est en décélération, ce qui permet de récupérer une partie de l'énergie cinétique du véhicule. Un but de l'invention est de limiter la surconsommation en carburant due aux équipements électriques du véhicule, tels les lumières ou l'autoradio. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile et capable d'alimenter un réseau électrique du véhicule. Le système comprend des moyens de commande adaptés pour commander simultanément la vitesse de rotation de l'arbre de rotation de la machine électrique et la tension électrique délivrée par la machine électrique audit réseau électrique. Cette gestion coordonnée de la vitesse de rotation de la machine électrique et de la tension électrique délivrée par la machine électrique permet de réduire la consommation en carburant du véhicule. Dans un mode de réalisation : - l'arbre de rotation de la machine électrique est couplé à l'arbre de rotation du moteur à combustion interne du véhicule par l'intermédiaire d'un ensemble d'entraînement à plusieurs rapports de démultiplication sélectionnables, ledit ensemble d'entraînement étant commandé par lesdits moyens de commande ; et 4 - la machine électrique comprend des moyens d'électronique de puissance aptes à sélectionner un niveau de tension électrique délivrée par la machine électrique parmi plusieurs niveaux sélectionnables de tension électrique, lesdits moyens d'électronique de puissance étant commandés par lesdits moyens de commande. I1 est ainsi aisé de commander simultanément la vitesse de rotation de l'arbre de rotation de la machine électrique et la tension électrique délivrée par la machine électrique au réseau électrique du véhicule. Dans un mode de réalisation, la machine électrique comprend un alternateur ou un alterno-démarreur, et est reliée à une batterie électrique. Dans un mode de réalisation, lorsque le véhicule est en décélération sans demande de puissance de la part du conducteur, lesdits moyens de commande sont adaptés pour commander une sélection du plus élevé des rapports de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et du niveau le plus élevé de tension électrique délivrée par la machine électrique. On maximise ainsi la puissance électrique récupérée, ce qui permet de recharger la batterie électrique. Dans un mode de réalisation, lorsque la vitesse du véhicule est sensiblement constante, lesdits moyens de commande sont adaptés pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et d'un niveau de tension électrique délivrée par la machine électrique en fonction du niveau de charge de la batterie électrique, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés augmentent lorsque le niveau de charge de la batterie électrique diminue. Ainsi, plus l'état de charge de la batterie est élevé, plus le rapport de démultiplication et la tension électrique fournie au réseau électrique sont faibles, afin que ce soit essentiellement la batterie qui alimente les équipements électriques. Le rapport de démultiplication et 5 la tension électrique délivrée par la machine électrique augmentent au fur et à mesure que le niveau de charge de la batterie électrique diminue. Par exemple, ladite sélection dépend de seuils de niveau de charge de la batterie électrique. Dans un mode de réalisation, dans lequel la machine électrique comprend un alternateur, lesdits moyens de commande sont adaptés, lorsque le véhicule est en accélération sur demande de puissance de la part du conducteur, pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et d'un niveau de tension électrique délivré par l'alternateur, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente. Ainsi, quand la demande de puissance de la part du conducteur augmente, la puissance prélevée par l'alternateur diminue afin de laisser le maximum de puissance disponible pour l'accélération du véhicule, et la puissance électrique fournie par la batterie au réseau électrique augmente. Dans un autre mode de réalisation, dans lequel la machine électrique comprend un alterno-démarreur, lesdits moyens de commande sont adaptés, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est inférieure à un seuil, pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et d'un niveau de tension électrique délivrée par l'alterno-démarreur, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente, et, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est supérieure ou égale audit seuil, pour sélectionner le plus élevé des rapports de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et faire fonctionner l'alterno-démarreur en moteur. Ainsi, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est inférieure à un seuil, le système est commandé de manière analogue au système dans lequel la machine électrique comprend un alternateur. En revanche, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est supérieure ou égale au seuil, on sélectionne le plus élevé des rapports de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et on fait fonctionner l'alterno-démarreur en moteur, de manière à fournir une puissance additionnelle à la puissance fournie par le moteur thermique pour véhicule. Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, un procédé de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile, et capable d'alimenter un réseau électrique du véhicule. On commande simultanément la vitesse de rotation de l'arbre de rotation de la machine électrique et la tension électrique délivrée par la machine électrique audit réseau électrique. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante, de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par le dessin annexé représentant un système de commande d'une machine électrique embarquée à bord d'un véhicule automobile et capable d'alimenter un réseau électrique du véhicule, selon un aspect de l'invention. La figure illustre un exemple de système de commande d'une machine électrique 1, embarqué à bord d'un véhicule automobile, et 7 capable d'alimenter au moins un réseau électrique 15 du véhicule. La machine électrique 1 comprend un alternateur 2 muni d'un module d'électronique de puissance 3, et relié à une batterie électrique 4. En variante, dans le cas d'un véhicule automobile semi hybride, l'alternateur 2 peut être remplacé par un alterno-démarreur faisant à la fois office d'alternateur et de démarreur. Le véhicule comprend un moteur à combustion interne 5 muni d'un arbre de rotation 6 relié à une boîte de vitesses 7, elle-même reliée à un ensemble de roues motrices 8 du véhicule. La machine électrique 1 comprend un arbre de rotation 9 couplé à l'arbre de rotation 6 du moteur 5 par l'intermédiaire d'un ensemble d'entraînement 10 à plusieurs rapports de démultiplication sélectionnables 11. La majorité des éléments du système sont connectés à une unité de commande électronique 12 de manière à pouvoir transmettre des informations et/ou recevoir des instructions de commande. Des connexions 13 et 14 représentent schématiquement l'alimentation du réseau électrique 15 par la machine électrique 1 et/ou la batterie électrique 4. L'ensemble d'entraînement 10 peut, par exemple, être du type de celui décrit dans la demande de brevet français FR 2 677 417. Dans la suite de la description, on considère que le module d'électronique de puissance 3 permet de sélectionner N1 niveaux sélectionnables de tension électrique, et que l'ensemble d'entraînement 10 comprend N2 rapports de démultiplication sélectionnables. Dans le cas d'un véhicule conventionnel, en d'autres termes pour lequel la machine électrique 1 comprend un alternateur 2, l'unité 8 de commande électronique 12 gère le fonctionnement du système comme suit. Lorsque le véhicule est en décélération sans demande de puissance de la part du conducteur, ou, en d'autres termes, sans appui sur la pédale d'accélération, l'unité de commande électronique 12 commande le passage du rapport de démultiplication le plus élevé des N2 rapports sélectionnables, et commande le module d'électronique de puissance 3 de sorte que la tension délivrée par l'alternateur 2 soit le niveau de tension électrique le plus élevé des N1 niveaux de tension, de manière à maximiser la puissance électrique récupérée. Lorsque le véhicule est dans une phase d'accélération, ou, en d'autres termes, lorsque le conducteur effectue une demande de puissance, l'unité de commande électronique 12 commande une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement 10 et d'un niveau de tension électrique délivrée par l'alternateur 2, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente. Ainsi, la puissance prélevée par l'alternateur est réduite, et la puissance électrique fournie par la batterie est augmentée. Lorsque la vitesse du véhicule est sensiblement constante ou stabilisée, l'unité de commande électronique 12 commande une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement 10 et d'un niveau de tension électrique délivré par l'alternateur 2 en fonction du niveau de charge de la batterie électrique 4, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés augmentent lorsque le niveau de charge de la batterie 4 diminue. 9 Ainsi, plus l'état de charge de la batterie est élevé, plus le rapport de démultiplication et le niveau de tension électrique sont faibles, afin d'augmenter la participation de la batterie électrique 4 à l'alimentation des équipements électriques du réseau électrique 15. Si la consommation électrique des équipements du véhicule est faible, le rapport de démultiplication et la tension électrique sont minimaux. En revanche, en dessous d'un seuil de niveau de charge de la batterie 4, si la consommation électrique des équipements électriques du véhicule est élevée, le rapport de démultiplication et la tension électrique atteignent leur niveau maximum sélectionnable. En variante, dans le cas d'un véhicule semi hybride, ou, en d'autres termes, lorsque la machine électrique 1 comprend un alternodémarreur, l'unité de commande électronique 12 gère le système comme suit. Lorsque le véhicule est en décélération sans demande de puissance de la part du conducteur, l'unité de commande électronique 12 commande le passage du rapport de démultiplication le plus élevé des N2 rapports sélectionnables, et commande le module d'électronique de puissance 3 de sorte que la tension délivrée par l'alterno-démarreur soit le niveau de tension électrique le plus élevé des N1 niveaux de tension, de manière à maximiser la puissance électrique récupérée. Lorsque le véhicule est dans une phase d'accélération, sur demande de puissance du conducteur, l'unité de commande électronique gère le fonctionnement du système comme suit. Lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est inférieure à un seuil, l'unité de commande électronique 12 commande la sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement 10 et d'un niveau de tension électrique délivrée par l'alterno-démarreur, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente. On réduit ainsi la puissance prélevée par l'alterno-démarreur et on augmente la puissance électrique fournie par la batterie au réseau électrique 15. En revanche, lorsque la demande de puissance effectuée par le conducteur est supérieure ou égale au seuil, l'unité de commande électronique 12 commande la sélection du plus élevé des rapports de démultiplication de l'ensemble d'entraînement 10, et fait fonctionner l'alterno-démarreur en moteur. Ainsi, l'alterno-démarreur fournit une puissance additionnelle à celle du moteur thermique, par exemple lors d'un dépassement d'un autre véhicule, mais ne génère plus de puissance électrique à destination du réseau électrique 15, et ce dernier est alimenté uniquement par la batterie électrique 4. Lorsque le véhicule roule à vitesse sensiblement constante, ou stabilisée, l'unité de commande électronique 12 commande une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement 10 et d'un niveau de tension électrique délivré par l'alterno-démarreur en fonction du niveau de charge de la batterie électrique 4, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés augmentent lorsque le niveau de charge de la batterie 4 diminue. Ainsi, plus l'état de charge de la batterie 4 est élevé, plus le rapport de démultiplication et le niveau de tension électrique sont faibles, afin d'augmenter la participation de la batterie électrique 4 à l'alimentation des équipements électriques du réseau 15. Si la consommation électrique des équipements du véhicule est faible, le rapport de démultiplication et la tension électrique sont minimaux. En revanche, en dessous d'un seuil de niveau de charge de la batterie 4, si 11 la consommation électrique des équipements électriques du véhicule est élevée, le rapport de démultiplication et la tension électrique atteignent leur niveau maximum sélectionnable. La présente invention permet, à coût réduit, de limiter la surconsommation en carburant d'un véhicule automobile, due à l'alimentation électrique du réseau de bord électrique permettant d'alimenter en électricité de multiples organes électriques du véhicule. REVENDICATIONS 1. Système de commande d'une machine électrique (1) embarquée à bord d'un véhicule automobile et capable d'alimenter un réseau électrique (15) du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (12) adaptés pour commander simultanément la vitesse de rotation de l'arbre de rotation (9) de la machine électrique (1) et la tension électrique délivrée par la machine électrique (1) audit réseau électrique (15). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel, le véhicule étant équipé d'un moteur à combustion interne (5) : - l'arbre de rotation (9) de la machine électrique (1) est couplé à l'arbre de rotation du moteur à combustion interne (5) du véhicule par l'intermédiaire d'un ensemble d'entraînement (10) à plusieurs rapports de démultiplication sélectionnables (11), ledit ensemble d'entraînement (10) étant commandé par lesdits moyens de commande (12) ; et - la machine électrique (1) comprend des moyens d'électronique de puissance (3) aptes à sélectionner un niveau de tension électrique délivrée par la machine électrique (1) parmi plusieurs niveaux sélectionnables de tension électrique, lesdits moyens d'électronique de puissance (3) étant commandés par lesdits moyens de commande (12). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la machine électrique (1) comprend un alternateur (2) ou un alterno- démarreur, et est reliée à une batterie électrique (4). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel, lorsque le véhicule est en décélération sans demande de puissance de la part du conducteur, lesdits moyens de commande (12) sont adaptés pour commander une sélection du plus élevé des rapports de 13 démultiplication de l'ensemble d'entraînement (10) et du niveau le plus élevé de tension électrique délivré par la machine électrique (1). 5. Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, lorsque la vitesse du véhicule est sensiblement constante, lesdits moyens de commande (12) sont adaptés pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement (10) et d'un niveau de tension électrique délivré par la machine électrique (1) en fonction du niveau de charge de la batterie électrique (1), de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés augmentent lorsque le niveau de charge de la batterie électrique (4) diminue. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel ladite sélection dépend de seuils de niveau de charge de la batterie électrique (4). 7. Système selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel, la machine électrique (1) comprenant un alternateur (2), lesdits moyens de commande (12) sont adaptés, lorsque le véhicule est en accélération sur demande de puissance de la part du conducteur, pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement (10) et d'un niveau de tension électrique délivré par l'alternateur (2), de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente. 8. Système selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel, la machine électrique (1) comprenant un alterno-démarreur, lesdits moyens de commande (12) sont adaptés, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est inférieure à un seuil, pour commander une sélection d'un rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement (10) et d'un niveau de tension électrique délivré par l'alterno-démarreur, de sorte que le rapport de démultiplication et la tension électrique sélectionnés diminuent lorsque la demande de puissance de la part du conducteur augmente, et, lorsque la demande de puissance de la part du conducteur est supérieure ou égale audit seuil, pour sélectionner le plus élevé des rapport de démultiplication de l'ensemble d'entraînement et faire fonctionner l'alterno-démarreur en moteur. 9. Procédé de commande d'une machine électrique (1) embarquée à bord d'un véhicule automobile et capable d'alimenter un réseau électrique (15) du véhicule, caractérisé en ce que l'on commande simultanément la vitesse de rotation de l'arbre de rotation (9) de la machine électrique (1) et la tension électrique délivrée par la machine électrique (1) audit réseau électrique (15).