Brevet FR2927849A1 — publié le 20090828

PROCEDE DE COUPLAGE 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 tous 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 occasionnée 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 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, au moins un capteur fournissant la valeur d'un paramètre (Vt, Dc) caractéristique du déplacement du véhicule, un dispositif de contrôle du 25 véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de couplage est commandé par le dispositif de contrôle pour coupler la machine électrique à l'arbre moteur lorsque la valeur du paramètre caractéristique du déplacement du véhicule franchit un seuil (Vts, Dcs) prédéterminé. 30 Avantageusement, le paramètre est la vitesse Vt du véhicule, le dispositif de couplage étant commandé pour coupler la machine électrique à l'arbre moteur lorsque la vitesse Vt du véhicule est inférieure à un seuil de vitesse Vts prédéterminé. 35 Dans une réalisation du procédé, le paramètre est la décélération Dc du véhicule, le dispositif de couplage étant commandé pour coupler la machine électrique à l'arbre moteur lorsque la décélération Dc du véhicule est supérieure à un seuil de décélération Dcs prédéterminé. Dans une autre réalisation, le couplage entre la machine électrique et l'arbre moteur, consiste d'abord à synchroniser la machine électrique avec l'arbre moteur puis à les coupler mécaniquement. 1 o Dans une autre réalisation, lorsque le niveau de décélération Dc du véhicule est supérieur au seuil Dcs de décélération prédéterminé, le procédé comporte une phase de configuration de la machine électrique en génératrice suivie d'une phase de couplage de la machine électrique avec l'arbre moteur par le dispositif de couplage pour fournir un courant électrique 15 au moyen de stockage d'énergie électrique. Dans une autre réalisation, la valeur de la décélération Dc est calculée à partir de la variation de la vitesse Vt du véhicule. 20 L'invention concerne aussi un dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle d'un 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 pouvant être configurée, soit en moteur électrique pour fournir un 25 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 30 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, au moins un capteur fournissant la valeur d'un paramètre (Vt, Dc) caractéristique du déplacement du véhicule,5 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une entrée de contrôle recevant la valeur du paramètre (Vt, Dc) fournie par le capteur et une sortie de commande attaquant l'entrée de commande du dispositif de couplage, le dispositif de contrôle étant configuré pour mettre le dispositif de couplage dans la position de couplage lorsque la valeur du paramètre (Vt, Dc) franchit un seuil (Vts, Dcs) prédéterminé. Avantageusement, le capteur est un capteur de vitesse du véhicule. 1 o Dans une réalisation du dispositif de contrôle, le capteur est un capteur de décélération du véhicule. L'invention concerne aussi un véhicule hybride comportant le dispositif de contrôle selon l'invention. 15 Un principal but de l'invention est de proposer une stratégie de couplage des machines électriques 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. 20 Un autre but est de proposer une structure de véhicule hybride mettant en oeuvre la stratégie de couplage selon l'invention. L'invention sera mieux comprise par une description du procédé selon l'invention et un exemple d'architecture de véhicule hybride pour la 25 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 procédé selon l'invention et ; - la figure 2, représente un organigramme montrant les principales 30 étapes du procédé selon l'invention. La figure 1 montre un véhicule hybride pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le véhicule de la figure 1 comporte, à l'avant du véhicule, une chaîne 35 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 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 couplé au train arrière 32 du véhicule par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage 42 et un réducteur 44. La machine électrique ME comporte un arbre de rotor 46 destiné à 1 o 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. Le dispositif de couplage 42, inséré entre l'arbre de rotor 46 de la 15 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 20 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 25 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 30 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 35 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. L'architecture du véhicule hybride représenté à la figure 1, selon l'invention, comporte en outre un moyen de commande, par exemple 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 selon les principales caractéristiques de l'invention. 1 o A cet effet, l'unité centrale UC 60 comporte une sortie Sc connectée à l'entrée Ec de commande du dispositif de couplage et deux entrées Ev, Ed recevant respectivement, l'une Ev, une information de vitesse du véhicule Vt en sortie d'un capteur de vitesse Cv 64 et, l'autre Ed, une information de décélération du véhicule Dc en sortie d'un capteur de décélération 66 du 15 véhicule. La vitesse Vt et la décélération Dc sont des paramètres caractéristiques du déplacement du véhicule dont la valeur résulte bien du déplacement de la caisse ou de l'habitacle du véhicule. Dans une réalisation plus économique le véhicule comporte un seul 20 capteur de vitesse Vt, la valeur de la décélération Dc peut être calculée à partir de la variation de la vitesse du véhicule. Par la suite est décrit le procédé de contrôle du véhicule hybride selon l'invention qui est essentiellement un procédé de couplage de la 25 machine électrique 40 sur le train arrière 32 du véhicule La figure 2, représente un organigramme montrant les principales étapes du procédé selon l'invention. Un seuil de vitesse Vts et un seuil Dcs de décélération du véhicule 30 sont préétablis. Par hypothèse, dans une condition initiale de déplacement du véhicule, les seuils de vitesse Vts et de décélération Dts ne sont pas dépassés et l'unité centrale UC 60 met le dispositif de couplage 40 dans l'état de découplage, l'arbre de rotor 46 de machine électrique 40 est découplé de l'arbre moteur du réducteur 44 et, par conséquent, du train arrière 30 du véhicule. Première étape 80 : -mesure continue des paramètres de vitesse Vt et de décélération 5 Dc du véhicule ; Deuxième étape 82 : - comparaison 82 de la vitesse du véhicule Vt au seuil prédéterminé de vitesse Vts et la décélération du véhicule Dt au seuil prédéterminé de 10 décélération Dts. Si la vitesse Vt du véhicule est inférieur au seuil Vts ou si la décélération Dc du véhicule est supérieure au seuil Dts (oui), l'unité centrale UC fournit une demande de couplage 84 au dispositif de couplage 40, si les seuils prédéterminés ne sont pas dépassés (non) le dispositif de couplage 42 est maintenu dans l'état initial de découplage ; 15 Troisième étape : Si l'unité centrale UC fournit une demande de couplage (oui) : - synchronisation de la machine électrique (sync m) . La demande de couplage entraîne, avant que le couplage soit effectif, une phase de 20 vérification de la synchronisation 86 de l'arbre de rotor 46 de machine électrique avec l'arbre moteur 48 du réducteur. Si la synchronisation est effective (oui) le couplage entre l'arbre de rotor et l'arbre moteur du réducteur est démandé (88) par le dispositif de couplage, si non le dispositif de couplage est en attente de synchronisation (non) ; 25 Quatrième étape : - la synchronisation est effective (oui), le dispositif de couplage est actionné (88) ; 30 Cinquième étape : - le couplage est réalisé 90, l'arbre de rotor 46 de la machine électrique est couplé mécaniquement à l'arbre moteur 48 du réducteur. Le procédé de couplage de la machine électrique aux roues du 35 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 utile. C'est par exemple le cas lorsque le véhicule roule à sa vitesse nominale, le moteur thermique fonctionnant alors avec un bon rendement énergétique. Dans ce cas, lorsque la machine est mécaniquement découplée des roues et se trouve à l'arrêt (régime nul) et qu'il est souhaité ou nécessaire de la coupler au roues du véhicule, l'énergie nécessaire à la synchronisation de la machine électrique lors du couplage avec un arbre couplé aux roues du véhicule peut être récupérée pendant une phase de décélération ne durant qu'une seule seconde. 1 o Par ailleurs, lors d'une décélération du véhicule, si une machine électrique se trouve mécaniquement découplée des roues du véhicule, le délai nécessaire pour synchroniser cette machine avec un arbre couplé aux roues n'est pas contraignant car la présence de la machine électrique n'est pas nécessaire pour répondre à la demande de décélération effectuée par le 15 conducteur (relâchement de la pédale d'accélération ou appui sur la pédale de frein par exemple). Ce délai a été évalué à moins d'une seconde. REVENDICATIONS 1. 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, au moins un capteur (64, 66) fournissant la valeur d'un paramètre (Vt, Dc) caractéristique du déplacement du véhicule, un dispositif de contrôle (60) du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de couplage (42) est commandé par le dispositif de contrôle (60) pour coupler la machine électrique (40) à 20 l'arbre moteur (48) lorsque la valeur du paramètre caractéristique du déplacement du véhicule franchit un seuil (Vts, Dcs) prédéterminé. 2. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre est la vitesse Vt du véhicule, le dispositif 25 de couplage (42) étant commandé pour coupler la machine électrique (40) à l'arbre moteur (48) lorsque la vitesse Vt du véhicule est inférieure à un seuil de vitesse Vts prédéterminé. 3. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des 30 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le paramètre est la décélération Dc du véhicule, le dispositif de couplage (42) étant commandé pour coupler la machine électrique à l'arbre moteur lorsque la décélération Dc du véhicule est supérieure à un seuil de décélération Dcs prédéterminé. 4. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le couplage entre la machine électrique (40) et l'arbre moteur (48), consiste d'abord à synchroniser (86) la machine électrique avec l'arbre moteur puis à les coupler (88) mécaniquement. 5. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lorsque le niveau de 1 o décélération Dc du véhicule est supérieur au seuil Dcs de décélération prédéterminé, le procédé comporte une phase de configuration de la machine électrique (40) en génératrice suivie d'une phase de couplage de la machine électrique avec l'arbre moteur (48) par le dispositif de couplage (42) pour fournir un courant électrique au moyen de stockage (50) d'énergie 15 électrique. 6. Procédé de contrôle de véhicule hybride selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur de la décélération Dc est calculée à partir de la variation de la vitesse Vt du véhicule. 20 7. Dispositif de contrôle (60) pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle d'un véhicule hybride selon l'une des revendication 1 à 6, le véhicule hybride comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (10) ayant un moteur thermique (18) couplé aux roues (14, 16) du véhicule par 25 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 30 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'arbremoteur, au moins un capteur (64, 66) fournissant la valeur d'un paramètre (Vt, Dc) caractéristique du déplacement du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une entrée de contrôle (Ev, Ed) recevant la valeur du paramètre (Vt, Dc) fournie par le capteur et une sortie de commande (Sc) attaquant l'entrée de commande (Ec) du dispositif de couplage (42), le dispositif de contrôle (60) étant configuré pour mettre le dispositif de couplage (42) dans la position de couplage lorsque la valeur du paramètre (Vt, Dc) franchit un seuil (Vts, Dcs) prédéterminé. 8. Dispositif de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de vitesse (Cv) du véhicule. 9. Dispositif de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de décélération (Cd) du véhicule. 10. Véhicule hybride caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle selon l'une des revendications 7 à 9. 20