Brevet FR2931119A1 — publié le 20091120

Procédé d'anticipation du démarrage du moteur thermique d'un véhicule hybride [0001 ] La présente invention concerne un procédé pour anticiper le 5 démarrage du moteur thermique d'un véhicule hybride et éventuellement pour déclencher une action de prévention. [0002 ] Un véhicule du type � full hybride � comporte un moteur thermique et une machine électrique. La traction du véhicule peut se faire par le moteur thermique et/ou par la machine électrique. Un contrôleur (généralement un 10 calculateur programmé) gère la répartition du couple entre les deux moteurs et déclenche éventuellement la mise en marche du moteur thermique. [0003 ] Le moteur thermique d'un véhicule hybride subit un nombre de démarrages beaucoup plus important qu'un véhicule classique à moteur thermique, ce qui peut provoquer une usure plus accentuée de certains 15 éléments du moteur. Par exemple, la lubrification du moteur est insuffisante lors des premiers tours du vilebrequin par manque de pression dans le circuit d'huile. II peut en résulter une usure prématurée de certains composants, tels que par exemple les paliers des bielles. [0004 ] La présente invention est relative à une fonction intégrée au 20 calculateur qui permet d'anticiper la mise en marche du moteur thermique et, éventuellement, d'utiliser cette prédiction de démarrage pour préparer avantageusement certaines parties du moteur thermique avant son démarrage effectif. [0005 ] Des solutions ont déjà été proposées pour anticiper le démarrage 25 imminent du moteur thermique. Par exemple, la demande de brevet US 2003/0006076 Al propose une stratégie permettant de prévoir le besoin de démarrer le moteur thermique en fonction de la vitesse du véhicule, de la demande du conducteur et des variations de vitesse et de demande du conducteur. Cette stratégie est conçue dans le but d'améliorer le confort de conduite et l'efficacité du véhicule (par exemple, obtenir une conduite non saccadée en fournissant le couple nécessaire aux moments souhaités). [0006] Concernant l'usure du moteur par manque de pression d'huile au moment du démarrage du moteur, il est par exemple proposé dans le brevet US 5,884,601 d'adjoindre au moteur une pompe à huile électrique qui est mise en marche avant le démarrage du moteur et qui continue de lubrifier le moteur après sa mise en marche. [0007] La présente invention propose une stratégie permettant d'anticiper le démarrage d'un moteur thermique avec un taux de succès relativement élevé et une prédiction réalisée sur un laps de temps qui peut être ajustable selon les besoins et compatible avec un fonctionnement harmonieux d'un véhicule hybride. [0008] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé pour anticiper 15 le démarrage du moteur thermique d'un véhicule hybride muni d'une machine électrique de traction qui comporte les étapes suivantes : - détermination d'une première valeur (C_Idp) et seconde valeur (C_cns) de couple traduisant la volonté du conducteur, et intégrant au moins un paramètre relatif au véhicule pour la seconde; 20 - détermination d'un premier (C_seuil_opti) et d'un second seuil (C_seuil_elec) traduisant respectivement l'intérêt d'une mise en marche du moteur thermique pour des raisons d'optimisation énergétique et organiques ; - détermination d'une valeur d'une première et seconde valeur de couple 25 anticipée (C_Idp_ant) et (C_cns_ant), respectivement à partir d'une part du premier seuil (C_seuil_opti) et de la première valeur de couple (C_Idp) et d'autre part du second seuil (C_seuil_elec) et de la deuxième valeur de couple (C_cns) ; et, - élaboration d'un signal d'anticipation à partir des valeurs de couple anticipées et des valeurs de couple traduisant la volonté du conducteur. [0009 ] De façon avantageuse, le signal d'anticipation peut être utilisé pour déclencher une action préventive, consistant par exemple à mettre en marche une pompe à huile électrique avant la mise en marche du moteur thermique. [0010 ] Selon un mode de réalisation, à l'étape d) précédente, au moins l'une des opérations suivantes est effectuée : dérivée par rapport au temps de C_Idp, filtrage de la dérivée et application d'effets de seuil. Le filtrage peut être fonction de la différence entre C_Idp_ant et C_seuil_opti. [0011 ] De même, à l'étape e) précédente, au moins l'une des opérations suivantes peut être effectuée : dérivée par rapport au temps de C_cns, filtrage de la dérivée et application d'effets de seuil. Le filtrage peut être fonction de la différence entre C cns ant et C seuil elec. [0012 ] La valeur du couple C_cns peut dépendre de paramètres relatifs au rampage du véhicule. [0013 ] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels les figures 1 à 3 illustrent chacune une partie du procédé selon l'invention. [0014 ] Sur la figure 1, une interface 10 dédiée à la volonté du conducteur reçoit sur ses entrées des signaux concernant : - la position de la pédale de frein 6, - la position de la pédale d'accélérateur 8, - la vitesse du véhicule, - le rapport de boite de vitesses éventuellement engagé. [0015 ] L'interface délivre en sortie un signal de couple C_Idp traduisant la volonté du conducteur et un signal de couple C_cns intégrant en plus au moins un paramètre relatif au véhicule, par exemple les consignes de rampage (les conditions qui font que le véhicule à l'arrêt commence à avancer lorsque le conducteur lâche la pédale de frein, sans appuyer sur l'accélérateur). [0016 ] Sur la figure 2, un circuit logique 12 est programmé pour recevoir et exécuter un algorithme A. En fonction de ses entrées, cet algorithme calcule des couples seuils au-delà desquels il est souhaitable d'allumer le moteur thermique. Le circuit 12 reçoit des informations relatives à la vitesse du véhicule, l'état de charge de la batterie et le rapport de boite de vitesses éventuellement engagé. A partir de ces informations, l'algorithme génère deux signaux de couple seuil au-delà desquels il est intéressant d'allumer le moteur thermique pour des raisons : - d'optimisation énergétique (diminuer la consommation de carburant) : c'est le couple C_seuil_opti, et - de limitations organiques : c'est le couple C_seuil_elect (les capacités du moteur électrique n'étant pas suffisantes pour satisfaire la demande de couple, ce couple seuil est donc lié aux performances maximales de la machine électrique assurant la traction du véhicule). [001 7] Sur la figure 3, les signaux de seuil générés précédemment sont utilisés dans deux lignes de traitement parallèles 14 et 16 qui sont pratiquement identiques. Chacune d'elles se compose d'un circuit logique 20 ou 30 exécutant un algorithme respectivement B1 ou B2, un multiplexeur Mux 22 ou 32, un circuit 24 ou 34 exécutant un algorithme respectivement Cl ou C2, un démultiplexeur Demux 26 ou 36 et un circuit logique 28 ou 38 exécutant un algorithme D. [0018 ] Considérant la ligne 14, à partir des valeurs de couple C_seuil_opti et C_Idp, l'algorithme B1 génère un signal de couple anticipé C_Idp_ant. De la même façon, sur la ligne 16, l'algorithme B2 génère, à partir des signaux C_seuil_elec et C_cns, un signal de couple anticipé C_cns_ant. [0019 ] Les algorithmes B1 et B2 sont identiques. Seules les calibrations qui les composent peuvent différer. L'algorithme B1 joue le rôle d'anticipateur pour le couple C_Idp en fournissant en sortie une valeur de couple anticipée C_Idp_ant. De même, l'algorithme B2 joue le rôle d'anticipateur pour le couple C_cns en fournissant en sortie une valeur de couple anticipée C_cns_ant. En fonction de ses entrées, l'algorithme B (i.e. B1 ou B2) fournit donc en sortie un couple C_Idp_ant ou C_cns_ant qui reflète la grandeur anticipée dans un avenir proche du couple C_Idp ou C_cns. Pour construire la grandeur anticipée C_Idp_ant ou C_cns_ant, un signal de base C_Idp ou C_cns est utilisé sur lequel intervient une action dérivée avec des artifices de mise en forme (filtrage et effet de seuil). [0020 ] Selon cet algorithme B, on tient compte des caractéristique passées et présentes du signal C_Idp ou C_cns avec d'autant plus de � conviction � que le signal est proche de la valeur C_seuil_opti ou C_seuil_elec. [0021 ] En d'autres termes, on compare un couple C_Idp reflétant la volonté du conducteur à un couple seuil C_seuil_opti qui est fonction de la vitesse du véhicule et de l'état de charge de la batterie (algorithme A). Puis on anticipe la volonté du conducteur (couple C_Idp) en utilisant une fonction dérivée que l'on filtre. Les caractéristiques du filtrage varient en fonction de la différence entre la valeur à anticiper (C_Idp ou C_cns) et une valeur seuil (C_seuil_opti ou C_seuil_elec). [0022 ] La grandeur anticipée C_Idp_ant ou C_cns_ant, et plus généralement la stratégie d'anticipation, est fonction de trois éléments de 5 calibration : [0023 ] Le premier élément de calibration est un facteur d'anticipation qui constitue la calibration principale de la stratégie. Ce facteur d'anticipation pondère l'apport de la dérivée, par rapport au temps, de la grandeur à anticiper (C_Idp ou C_cns) dans l'élaboration du signal d'anticipation 10 (C_Idp_ant ou C_cns_ant) fournit en sortie de l'algorithme B (ie B1 ou B2) [0024 ] Plus ce facteur est grand, plus on cherche à anticiper (augmentation de l'action dérivée dans la stratégie). En contrepartie le risque d'anticipation incorrecte augmente. [0025 ] Le second élément de calibration est un filtrage qui dépend de la 15 différence entre C_seuil_opti et C_Idp_ant ou entre C_seuil_elec et C_cns_ant. Le filtrage peut être un filtrage passe bas du premier ordre. II a pour but de lisser ladite différence (élimination du bruit). La dérivée est plus ou moins filtrée suivant la différence de couples C_Idp_ant et C_seuil_opti. ou C_seuil_elec C_cns_ant . 20 [0026 ] Enfin, le troisième élément de calibration traduit des effets de seuil (minimum, maximum, etc.), afin d'éliminer des valeurs non intéressantes car beaucoup trop éloignées, par exemple un temps de commande maximum. C'est le temps au bout duquel la stratégie arrête de commander une action préventive, par exemple d'actionner une pompe à huile électrique, en 25 l'absence de démarrage effectif du moteur thermique. En d'autres termes, la stratégie considère que son anticipation est incorrecte au bout de ce temps là. Plus ce temps augmente, plus on augmente le taux de réussite de l'anticipation car on laisse plus de chance à la stratégie pour que sa prédiction se réalise. [0027] Les multiplexeurs 22 et 32, ainsi que les démultiplexeurs 26 et 36, permettent d'utiliser de façon transparente les algorithmes Cl et C2 (ce qui constitue un avantage principalement lorsque ces algorithmes existent déjà et sont mis en oeuvre). [0028] Le circuit 24 (algorithme Cl) reçoit les signaux C_seuil_opti et C_Idp ou C_Idp_ant selon l'état du multiplexeur 22. Le circuit 24 délivre un signal de sortie booléen de valeur 0 ou 1 qui est fournit au démultiplexeur 26, lequel délivre en sortie un signal Cond_dem_MTH1 ou un signal anticipé Cond_dem_MTH1_ant. De la même façon, le circuit 34 (algorithme C2) reçoit les signaux C_seuil_elec et C_cns ou C_cns_ant selon l'état du multiplexeur 32. Le circuit 34 délivre un signal de sortie booléen (de valeur 0 ou 1) qui est fournit au démultiplexeur 36, lequel délivre en sortie un signal Cond_dem_MTH2 ou un signal anticipé Cond_dem_MTH2_ant. [0029] Les algorithmes Cl et C2 traduisent l'état d'une des conditions préalable à la demande de mise en marche du moteur thermique MTH. Cette condition peut être par exemple le fait qu'un rapport de la boite de vitesses n'est pas engagé ou une information relative à la position de la pédale d'embrayage. Une des entrées du circuit 24 ou 34 est multiplexée afin que l'algorithme Cl ou C2 fournisse, soit l'état � réel � de la condition (Cet état est fonction notamment de l'écart entre C_seuil_elec et C_cns pour le circuit 34 ou entre C_seuil_opti et C_Idp pour le circuit 24 auquel il faut rajouter des effets d'hystérésis et de temporisations), soit l'état � anticipé � de la condition (usage lié à la fonction d'anticipation) (Cet état est fonction notamment de l'écart entre C_seuil_elec et C_cns_ant pour le circuit 34 ou entre C_seuil_opti et C_Idp_ant pour le circuit 24 auquel il faut rajouter des effets d'hystérésis et de temporisations). Une sortie à 1 délivré par l'algorithme Cl signifie que, sauf interdiction ultérieure, le moteur thermique va démarrer pour optimiser la consommation de carburant. Une sortie à 1 délivré par l'algorithme C2 signifie que, sauf interdiction ultérieure, le moteur thermique va démarrer car c'est une nécessité de le faire afin de respecter la demande du conducteur. [0030 ] Les circuits 28 et 38, chargés chacun d'exécuter un algorithme D, reçoivent les signaux Cond_dem_MTH_1, Cond_dem_MTH_2 et Cond_dem_MTH_1_ant, Cond dem_MTH_2_ant. L'algorithme D du circuit 28 a pour fonction principale de mettre en forme le signal d'anticipation final. II vérifie également d'autres conditions avant de formuler une demande � réelle � de démarrage du moteur thermique MTH. Par exemple, si une défaillance d'un organe est détectée ou si on souhaite rouler uniquement à l'aide du moteur électrique, le moteur thermique MTH n'est pas démarré. Ainsi, l'entrée Cond_dem_MTH_2 peut commander un démarrage du MTH, mais cette commande peut ne pas être exécutée dans l'immédiat si d'autres conditions ne sont pas vérifiées. La sortie du circuit 28 � Dde_marche _MTH � correspond à toutes les demandes classiques de démarrage du MTH. Le circuit 38 fonctionne de la même façon que le circuit 28, sauf que sa sortie délivre un signal � Dde_marche _MTH_ant � qui reflète une demande de mise en marche � fictive � utilisée pour anticiper les démarrages � réels �. [0031 ] Le circuit 40, qui exécute un algorithme E, reçoit sur ses entrées les signaux Dde_marche_MTH et Dde_marche_MTH_ant et délivre un signal d'anticipation. L'algorithme E remplit les fonctions suivantes : - afficher la prédiction de démarrage MTH imminent par le signal 25 d'anticipation ; - mettre à jour le signal d'anticipation en cas d'échec de la prédiction (prédiction de démarrage MTH non réalisée) et - mettre à jour le signal d'anticipation en cas d'échec de la prédiction (démarrage MTH effectif non anticipé). [0032] Quand la stratégie prédit un démarrage imminent, le signal d'anticipation passe de 0 à 1. [0033] Après s'être prononcé sur un démarrage imminent du moteur thermique MTH, si son démarrage n'a pas lieu comme prédit au bout d'un temps de commande maximum (valeur calibrable) alors la stratégie admet qu'elle s'est trompée et ne maintient plus sa prédiction de démarrage imminent. Par conséquent le signal d'anticipation passe de 1 à O. Par exemple, ceci permet d'arrêter le pré conditionnement du moteur thermique MTH en cours lié à la dernière prédiction de la stratégie d'anticipation. [0034] Le signal � Dde_marche_MTH � passe à 1 alors que la stratégie d'anticipation n'a rien anticipé (signal d'anticipation à 0). Par conséquent, le signal d'anticipation passe dans le même temps à 1. Dans ce cas la stratégie d'anticipation n'a pas atteint son objectif premier. Le passage à 1 du signal d'anticipation permet si besoin d'utiliser les quelques centaines de millisecondes restantes avant les premiers tours de vilebrequin du MTH pour effectuer une partie du pré conditionnement moteur. [0035] En résumé : [0036] Concernant les algorithmes B, ces algorithmes fournissent des valeurs anticipées de grandeurs qui conditionnent la demande de mise en marche du moteur thermique. L'anticipation est basée sur une action dérivée utilisée conjointement avec des artifices de mise en forme (filtrage et effets de seuil). Cette mise en forme varie suivant les valeurs des entrées des algorithmes B. L'action dérivée est calibrable et constitue la calibration principale de la stratégie d'anticipation. Elle permet d'augmenter le temps moyen avec lequel la stratégie anticipe la mise en marche du moteur. En contrepartie, le risque d'anticipation incorrecte augmente. [0037] Concernant les algorithmes C, ils représentent des tests qui lorsqu'ils sont vérifiés, engendrent très probablement la demande d'une mise en marche du moteur thermique MTH. Ils sont utilisés avec des grandeurs � réelles � et � anticipées � de manière transparente grâce aux circuits multiplexeurs 22 et 32 et aux circuits démultiplexeurs 26 et 36. [0038] Concernant l'algorithme D, il a pour rôle principal de vérifier d'autres conditions avant de formuler définitivement une demande de démarrage du moteur thermique MTH. II est en double : l'un (circuit 28) utilise les grandeurs � réelles � et l'autre (circuit 38) les valeurs anticipées issues des algorithmes C. [0039] Concernant l'algorithme E, il sert à mettre en forme le signal d'anticipation final, ce dernier étant par exemple utilisé par une stratégie de pré conditionnement du moteur thermique MTH. Cet algorithme remplit plusieurs fonctions : * afficher la prédiction de démarrage MTH imminent à travers le signal d'anticipation ; * mettre à jour le signal d'anticipation en cas d'échec de la prédiction 20 (prédiction de démarrage MTH non réalisée) ; * mettre à jour le signal d'anticipation en cas d'échec de la prédiction (démarrage MTH effectif non anticipé). [0040 ] L'invention propose une stratégie d'anticipation qui est facile à calibrer car elle repose sur un traitement simple de la volonté du conducteur. 25 Le signal d'anticipation peut être utilisé pour déclencher des actions préventives, dans le but par exemple d'éviter l'usure prématurée de certains composants du moteur thermique, usure due au nombre important de démarrages du moteur. Ainsi, associée à une pompe à huile électrique ou à tout autre dispositif de mise en pression de l'huile, l'invention peut permettre de mettre en pression le circuit d'huile avant le démarrage effectif du moteur et, par là même, d'améliorer la fiabilité du moteur thermique grâce à une meilleure lubrification des éléments tournants. On réduit ainsi la maintenance curative et préventive du moteur. [0041 ] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la 10 présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé pour anticiper le démarrage du moteur thermique d'un véhicule muni d'une machine électrique, comportant les étapes suivantes : - détermination d'une première valeur (C_Idp) et seconde valeur (C_cns) de couple traduisant la volonté du conducteur, et intégrant au moins un paramètre relatif au véhicule pour la seconde; - détermination d'un premier (C_seuil_opti) et d'un second seuil (C_seuil_elec) traduisant respectivement l'intérêt d'une mise en marche du moteur thermique pour des raisons d'optimisation énergétique et organiques ; - détermination d'une valeur d'une première et seconde valeur de couple anticipée (C_Idp_ant) et (C_cns_ant), respectivement à partir d'une part du premier seuil (C_seuil_opti) et de la première valeur de couple (C_Idp) et d'autre part du second seuil (C_seuil_elec) et de la deuxième valeur de couple (C_cns) ; et, - élaboration d'un signal d'anticipation à partir des valeurs de couple anticipées et des valeurs de couple traduisant la volonté du conducteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le signal d'anticipation est utilisé pour déclencher une action préventive. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'action préventive consiste à mettre en marche une pompe à huile électrique avant la mise en marche du moteur thermique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, à l'étape d), au moins l'une des opérations suivantes est effectuée : dérivée par rapport au temps de la première valeur de couple (C_Idp), filtrage de la dérivée et application d'effets de seuil. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le filtrage est fonction de la différence entre la première valeur de couple (C_Idp) et le premièr seuil (C seuil opti). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, à l'étape e), au moins l'une des opérations suivantes est effectuée : dérivée par rapport au temps de la seconde valeur de couple (C_cns), filtrage de la dérivée et application d'effets de seuil. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le filtrage est fonction de la différence entre la seconde valeur de couple (C_cns) et le second seuil (C seuil elec). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la seconde valeur de couple (C_cns) intègre des paramètres relatifs au rampage du véhicule. 20 25