Brevet FR2944767A1 — publié le 20101029

Procédé d'optimisation d'une consommation d'énergie d'un véhicule hybride et plug-in, et véhicule hybride et plug-in mettant en oeuvre un tel procédé La présente invention concerne un procédé d'optimisation d'une consommation d'énergie d'un véhicule hybride et plug-in. L'invention concerne aussi un véhicule hybride et plug-in mettant en oeuvre un tel procédé. L'invention a notamment pour but de proposer une stratégie d'utilisation de l'énergie électrique d'un véhicule hybride et plug-in pour optimiser à l'usage la consommation d'énergie du véhicule. L'invention s'applique à tout véhicule automobile de type hybride et plug-in, faisant appel à plusieurs sources d'énergie distinctes pour se mouvoir. On entend par véhicule hybride et plug-in, un véhicule hybride dont le stockeur d'énergie électrique est rechargeable par le secteur. Par la suite, le terme � hybride � à la place de � hybride et plug-in � sera utilisé pour simplifier la description. Dans le cadre de l'invention, un véhicule hybride comporte deux réservoirs d'énergie distincts. En effet, il comporte un premier réservoir d'énergie réversible, et un deuxième réservoir d'énergie non-réversible. Le premier réservoir d'énergie réversible est une source électrochimique de stockage qui emmagasine de l'énergie électrique. Cette source électrochimique de stockage alimente en énergie électrique un moteur électrique réversible qui transforme cette énergie électrique en énergie mécanique. La source de stockage peut être une batterie de type Lithium-ion (Li-ion), nickel-métal hydrure (NiMH), nickel-zinc (Ni-Zn), etc... Elle peut aussi prendre la forme d'un supercondensateur. Par la suite, le terme � stockeur � sera utilisé pour simplifier la description. Le deuxième réservoir d'énergie est un réservoir de carburant. Ce réservoir de carburant permet d'alimenter un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne transforme l'énergie thermique issue de la combustion du carburant en énergie mécanique. Les premier et deuxième réservoirs d'énergie constituent donc une source d'énergie transformée en énergie mécanique pour assurer la traction du véhicule. Le lien de puissance entre l'un des réservoirs est réversible, et il est alors possible soit d'utiliser l'énergie électrique contenue dans le stockeur pour faire accélérer le véhicule, soit d'utiliser l'énergie cinétique du véhicule lors d'une décélération, afin de remplir le stockeur. Cependant, les véhicules hybrides actuels ont une consommation énergétique qui varie en fonction du type de roulage effectué par le véhicule. Autrement dit, si le véhicule roule en agglomération, la vitesse du véhicule est inférieure à la vitesse de ce même véhicule qui roule sur une route hors agglomération ou une autoroute. La motorisation électrique du véhicule est généralement utilisée soit pour démarrer et assurer la mise en mouvement du véhicule avant de passer le relais au moteur thermique, soit pour apporter un couple supplémentaire au couple délivré par le moteur thermique, lors de grandes accélérations. De plus, le prix du carburant ne fait que croître année après année, du fait notamment, de la raréfaction des ressources mondiales en hydrocarbure. Une conséquence notable de la croissance des prix du carburant est le fait que le rendement énergétique est entré en ligne de compte quand vient le temps d'opter pour un véhicule neuf. En effet, les véhicules ayant la plus faible cote de consommation en Litre/100 km et la plus faible estimation de consommation annuelle sont ceux qui permettront à l'acquéreur d'un véhicule neuf d'économiser le plus de carburant possible, année après année. L'invention résout ce problème en proposant un procédé d'optimisation de la consommation énergétique d'un véhicule hybride à l'usage, en favorisant l'utilisation du moteur électrique à celle du moteur thermique pour assurer la traction du véhicule. L'invention prévoit qu'au terme du trajet parcouru par le véhicule, entre un point de départ et un point d'arrivé, l'ensemble de l'énergie électrique disponible dans le stockeur ait été consommé. Pour se faire, selon l'une des caractéristiques importante du procédé, lorsque le véhicule est équipé d'un système de navigation embarqué activé, lui permettant d'effectuer une géolocalisation du véhicule, on détermine une distance restant à parcourir par le véhicule avant la prochaine recharge du stockeur sur le réseau 110-220V. Cette détermination est possible via la détermination de la distance du trajet à parcourir, la détermination du type de roulage durant le trajet, la détermination de l'état de charge du stockeur d'énergie électrique et du niveau de carburant dans son réservoir. L'invention prévoit en outre, que lorsque le véhicule est équipé d'un système de navigation embarqué non activé, on détermine une distance restant à parcourir par le véhicule avant la prochaine recharge du stockeur sur le réseau 110-220V. La détermination de cette distance s'effectue d'une part, en déterminant le type de roulage du véhicule durant son trajet (trafic difficile, trafic fluide, roulage sur route, sur autoroute), en analysant la vitesse moyenne et le nombre d'arrêts du véhicule et, d'autre part, en fonction de données issues d'une étude statistique et préalablement mémorisées, lors de la conception, dans un système informatique du véhicule. Ces données statistiques peuvent par exemple être la vitesse moyenne du véhicule et le pourcentage de temps d'arrêt moyen sur un type de trajet habituellement suivi L'invention permet qu'au terme d'une distance parcourue par le véhicule entre deux recharges successives sur le secteur, l'ensemble de l'énergie électrique disponible dans le stockeur ait été consommé afin d'épuiser le moins de carburant possible pour assurer la traction du véhicule. L'invention a donc pour objet un procédé d'optimisation d'une consommation d'énergie d'un véhicule hybride et plug-in comportant deux modes de traction, respectivement électrique et thermique, dans lequel, - on détermine, une distance parcourue entre deux recharges successive du véhicule sur le secteur, - on détermine une énergie électrique disponible à un instant � t � dans un stockeur d'énergie électrique, et - on détermine un paramètre � mu � en fonction de la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule sur le secteur et de l'énergie électrique disponible dans le stockeur. L'invention comporte l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - lorsqu'un système de navigation est activé, pour déterminer la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule sur le secteur, on détermine une distance d'un trajet à parcourir par le véhicule en fonction d'un point de départ et un point d'arrivée, et on détermine un type de roulage du véhicule durant le trajet ; - lorsqu'un système de navigation n'est pas activé, pour déterminer la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule sur le secteur, on détermine à partir de données statistiques, le type de roulage en fonction d'une vitesse moyenne du véhicule, et on détermine un pourcentage de temps d'arrêt moyen sur un type de trajet habituellement suivi ; - lorsque le paramètre � mu � est en dessous d'une valeur déterminée, on utilise le moteur électrique pour la traction du véhicule ; - lorsque le paramètre � mu � est au dessus d'une valeur déterminée, on utilise la combinaison du moteur thermique et du moteur électrique pour la traction du véhicule ; - on affiche sur un écran un indicateur représentatif de l'optimisation de la consommation de l'énergie électrique du véhicule ; - lorsque l'état de charge du stockeur est nul avant la fin du trajet du véhicule, alors on utilise le moteur thermique pour assurer la traction du véhicule pour le reste du trajet, et on affiche sur un écran, un indicateur indiquant une distance parcourue avec l'énergie électrique ; - on affiche sur un écran, un indicateur indiquant une distance à parcourir avant de recharger le stockeur. L'invention à également pour objet un véhicule hybride et plug-in mettant en oeuvre un procédé tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une représentation schématique du véhicule selon l'invention ; - Figure 2 : une courbe représentant l'évolution de l'état de charge du stockeur d'énergie électrique, en fonction de la distance parcourue par le véhicule selon l'invention ; - Figure 3 : une courbe représentant la distance d'arrêt du véhicule selon l'invention avant une recharge du stockeur d'énergie électrique, en fonction de la vitesse moyenne dudit véhicule ; - Figure 4 : une courbe représentant le coût de la consommation énergétique du véhicule selon l'invention, en fonction de la distance d'arrêt du véhicule avant une recharge du stockeur d'énergie électrique ; - Figure 5 : un diagramme fonctionnel du procédé selon l'invention ; La figure 1 est une représentation schématique montrant une chaîne de traction hybride équipant de nombreux véhicules de conception moderne. Ils ne nécessitent pour la plupart aucune modification ou pour le moins que des modifications mineures. En effet, des programmes mis en oeuvre par les organes de commande du véhicule devront seulement être adaptés pour tenir compte des spécificités du procédé selon l'invention qui sera décrit par la suite. Un véhicule 1 est équipé d'un stockeur 2 d'énergie électrique. Ce stockeur 2 alimente en énergie électrique un moteur électrique 3, afin de compenser ou remplacer un moteur thermique 4, pour assurer la traction du véhicule 1 via une transmission T. Sur la figure 1, des liaisons électriques de données ou de puissance, relient différents organes du véhicule. Les moteurs électrique 3 et thermique 4 sont reliés par des liaisons mécaniques. Ces liaisons mécaniques, de puissance et de données, ainsi que le fonctionnement des moteurs électrique 3 et thermique 4, ne diffèrent pas de l'art connu. Il est donc inutile de les décrire d'avantage. Seules seront explicitées les spécificités caractérisant le dispositif de l'invention. Pour contrôler l'ensemble des organes du véhicule 1 et notamment les moteurs électrique 3 et thermique 4, le véhicule 1 comporte un système informatique 5. Ce système informatique 5 peut être un calculateur. Il peut être également formé par plusieurs calculateurs. Ce système informatique 5 commande d'une part, une unité de commande 6 du moteur électrique 3, et d'autre part, une unité de commande 7 du moteur thermique 4. L'unité de commande 6, commande le moteur électrique 3 via un onduleur 8 alimenté par le stockeur 2. Le véhicule 1 comporte en outre un système de navigation 9 associé à un dispositif d'affichage tel qu'un écran 10. Le système de navigation 9 est équipé d'un dispositif de géolocalisation 11 tel qu'un GPS. Le système informatique 5 gère et mesure l'état de charge du stockeur 2. Le véhicule 1 étant hybride, il dispose de moyens permettant de recharger le stockeur 2. Un premier moyen de recharge comporte une prise 12 de configuration adaptée, permettant de brancher directement le stockeur 2 à une borne de recharge rapide 13, présente dans certains lieux de parking. Un deuxième moyen de recharge possible comporte un chargeur embarqué 14 muni d'une prise 15, permettant de brancher le stockeur 2 à un réseau 16 électrique domestique 110-220V ou secteur. Dans les deux cas, l'ordre de mise en charge du stockeur 2 est généré par le système informatique 5 et transmis à la prise 13, ou au chargeur embarqué 14. Le véhicule 1 comporte également un réservoir d'énergie (non représenté) pour alimenter le moteur thermique 4 en carburant. Toutefois, le fonctionnement actuel du véhicule 1 engendre une consommation énergétique importante qui se caractérise par une augmentation des coûts énergétiques. Pour résoudre ce problème, l'invention se propose d'optimiser la consommation énergétique du véhicule 1, en consommant l'ensemble de l'énergie électrique disponible dans le stockeur 2, pour qu'au terme d'un trajet du véhicule 1, le stockeur 2 soit totalement vide. Pour cela, le véhicule 1 comporte deux phases de fonctionnement, dont une première phase où le stockeur 2 se vide afin de consommer l'énergie électrique et une deuxième phase correspondant à un fonctionnement � full hybride � classique où le bilan énergétique du stockeur 2 est nul. La figure 2 illustre ces deux phases de fonctionnement du véhicule 1. Elle représente une courbe illustrant l'évolution de l'état de charge du stockeur, en fonction de la distance parcourue par le véhicule 1. On considère ici que l'état de charge initial est maximal suite à une recharge du stockeur 2. On constate que pour une distance parcourue par le véhicule 1, l'état de charge du stockeur 2 diminue plus ou moins rapidement en fonction des variations de vitesse du véhicule 1. On note également, que la première phase de fonctionnement correspond à une distance parcourue par le véhicule 1 pour vider le stockeur 2, référencé Dvb. La distance parcourue entre la première et la deuxième phase de fonctionnement correspond à une distance parcourue entre deux recharge du stockeur 2, référencé De2r. On en déduit la distance parcourue durant la deuxième phase qui correspond à De2r-Dvb. On remarque ainsi, que pour optimiser la consommation d'énergie du véhicule, il faut obtenir Dvb=De2r, autrement dit, que l'énergie électrique du stockeur 2 puisse être utilisée durant la totalité du trajet du véhicule 1. Pour atteindre cet objectif d'optimisation de la consommation d'énergie du véhicule 1, le procédé selon l'invention comporte deux étapes. Dans une première étape, lorsque le système de navigation embarqué 9 est activé, on détermine le type de roulage du véhicule 1, autrement dit, si le véhicule 1 roule en ville, sur une route ou une autoroute. Pour déterminer le type de roulage, le système de navigation 9 utilise le dispositif de géolocalisation 11, pour déterminer la position géographique du véhicule 1, les points de départ et d'arrivée, la distance théorique restant à parcourir par le véhicule 1, le temps estimé restant à parcourir, en fonction ou non des ralentissements éventuels du trafic. A partir de toutes ces données acquises par l'intermédiaire du dispositif de géolocalisation 11, le système de navigation 9 détermine si le véhicule 1 circule sur une route, dans une ville ou sur une autoroute. Le système de navigation 9 détermine ainsi la distance que le véhicule 1 doit parcourir avant qu'une recharge du stockeur 2 soit effectuée. Pour obtenir la consommation énergétique optimale Dvb= De2r, il est donc nécessaire d'adapter la stratégie de consommation énergétique du véhicule, pour que le stockeur arrive vide à son point d'arrivée. Dans une deuxième étape, lorsque le système de navigation embarqué 9 n'est pas activé, le dispositif de géolocalisation 11 n'étant donc pas disponible, on détermine alors le type de roulage du véhicule 1 (ville lente, ville fluide, route, autoroute) par l'intermédiaire de données issues d'études statistiques, illustrée par la courbe de la figure 4. Cette étude statistique est effectuée à partir de la vitesse moyenne et du pourcentage de temps d'arrêt moyen sur un type de trajet habituellement suivi par le véhicule 1. Par conséquent, en fonction du comportement du conducteur sur la route relatif à la vitesse moyenne du véhicule 1, il est donc possible de déterminer la distance restant à parcourir avant de recharger le stockeur 2 sur le secteur. A partir de ces statistiques, on est capable de savoir par exemple que 50% des roulages sur des routes nationales ont une distance supérieure à 50km. De ce fait, la distance restant à parcourir avant de recharger le stockeur 2 sur le secteur est alors de 50km. Lorsque la distance De2r restant à parcourir par le véhicule 1 avant de recharger le stockeur 2, est déterminée, avec ou sans système de navigation 9, il est possible de déterminer en fonction d'une courbe représentée à la figure 4, le gain en consommation énergétique du véhicule 1. Le gain en consommation énergétique peut inversement se traduire par le coût estimé pour la consommation énergétique, pour une distance parcourue par le véhicule de 100km. Ce gain en consommation est obtenu en fonction de la distance d'arrêt restant à parcourir avant de recharger le stockeur 2, de l'énergie électrique disponible dans le stockeur 2, ainsi que d'un paramètre � mu � qui sera défini par la suite. La courbe de gain en consommation énergétique est définie pour chaque type de roulage. A partir de cette courbe, en fonction de la distance entre deux recharges de stockeur 2 prédéterminée, et du gain en consommation maximum voulu, on en déduit ainsi le paramètre mu optimal. Le paramètre mu est une image de la stratégie d'optimisation énergétique du véhicule 1. Autrement dit, quand mu est faible, on dépense rapidement l'énergie, et quand mu est élevé, on a le temps pour recharger le stockeur d'énergie électrique. Il existe obligatoirement sur cette courbe une valeur du paramètre mu pour laquelle on obtient un bilan du stockeur 2 nul, c'est-à-dire que l'on dépense exactement ce que l'on a dans le stockeur 2. Le paramètre mu va alors varier en fonction de la distance d'arrêt entre deux recharges De2r, de l'énergie électrique disponible dans le stockeur 2 et du type de roulage. Dans l'exemple de la figure 5, tant que la distance De2r à parcourir est inférieure à 10Km, il faut opter pour un paramètre mu égale à 10 (mu10). Pour une distance entre 10 et 25Km, il faut opter pour un paramètre mu égale à 50 (mu50). Pour mettre en oeuvre l'invention, le système informatique 5 comporte une mémoire programme 20 et une mémoire de données 21 connectées à un microprocesseur 22 via un bus de communication 23. Le système informatique 5 est connecté aux différents organes du véhicule 1 ci-dessus décrits, par l'intermédiaire d'un autre bus de communication 24. Le système informatique 5 comporte une interface entrée/sortie 25, permettant de relier les bus 23 et 24. Les actions gérées par le système informatique 5, sont ordonnées par le microprocesseur 22. Le microprocesseur 22 produit, en réponse aux codes d'instructions enregistrés dans la mémoire programme 20, des ordres destinés aux différents organes du véhicule 1. La mémoire programme 20 comporte à cet effet plusieurs zones de programme, correspondant respectivement à une suite d'opérations. Une première opération correspond à une détermination de la distance qu'il est possible de parcourir avec le véhicule 1, en fonction de la traction électrique, et de l'allure ou de la vitesse du véhicule 1. Une seconde opération correspond à une détermination de l'état de charge du stockeur 2 du véhicule 1. La figure 5 est un exemple de diagramme fonctionnel du procédé selon l'invention. Un programme général comportant tous les sous programmes 30 à 44, organise la succession d'autant d'étapes que de sous programmes, selon le mode suivant. Ce diagramme montre l'étape préliminaire 30 dans laquelle on détermine le mode de fonctionnement du véhicule 1. Autrement dit, si le véhicule est à l'arrêt ou en mode roulage. Lorsque le véhicule 1 est en mode roulage, alors on effectue l'étape 31, sinon, on réitère l'étape 30. Lors de l'étape 31, on détermine si le système de navigation 9 embarqué dans le véhicule 1 est activé. Lorsque le système de navigation 9 du véhicule 1 est activé, alors on effectue l'étape 32, sinon, on effectue l'étape 33. Lors de l'étape 32, on détermine la distance théorique des trajets à effectuer par le véhicule 1 en fonction des données acquise par l'intermédiaire du dispositif de géolocalisation 11. Ces données peuvent être les points de départ et d'arrivé du trajet du véhicule 1, ainsi que le trafic routier que le véhicule 1 risque de rencontrer. Lorsque la distance théorique du trajet est déterminée, alors on effectue l'étape 34. Lors de l'étape 34, on détermine le type de roulage que le véhicule 1 devra emprunter durant les trajets, autrement dit, si le véhicule va passer par la ville, la route, ou l'autoroute. Lorsque les types de roulage sont déterminés, alors on effectue l'étape 35. Lors de l'étape 35, on détermine l'énergie électrique disponible dans le stockeur 2. Lorsque l'état de charge du stockeur 2 est déterminé, alors on effectue l'étape 36. Lors de l'étape 36, on détermine la distance restant à parcourir avant de recharger le stockeur 2. Lorsque cette distance est déterminée, alors on effectue l'étape 38. Lorsque le système de navigation 9 n'est pas activé lors de l'étape 33 alors, on détermine le type de roulage du véhicule en fonction de la vitesse moyenne du véhicule. Lorsque le type de roulage est déterminé, alors on effectue l'étape 37. Lors de l'étape 37, on détermine la distance restant à parcourir avant de recharger le stockeur 2, en fonction de la vitesse moyenne du véhicule. Lorsque cette distance est déterminée, alors on effectue l'étape 38. Lors de l'étape 38, on détermine le coefficient � mu � correspondant à la stratégie d'optimisation énergétique du véhicule en fonction de la distance déterminée à l'étape 36 ou 37. Lorsque le coefficient mu est déterminé, on effectue l'étape 39. Lors de l'étape 39, on détermine si le coefficient mu est faible, autrement dit, si mu est inférieur à une valeur prédéterminée. Lorsque le coefficient mu est faible, alors on effectue l'étape 40, sinon on effectue l'étape 41. Lors de l'étape 40, on utilise le moteur électrique 3 pour assurer la traction du véhicule. Lorsque l'étape 40 est effectuée, on effectue l'étape 42. Lors de l'étape 41, on utilise la combinaison du moteur thermique 4 et électrique 3 pour assurer la traction du véhicule 1. Lorsque l'étape 41 est effectuée, alors on effectue l'étape 44. Lors de l'étape 42, on détermine si le stockeur 2 est vide. Lorsque le stockeur est vide, on effectue l'étape 43, sinon on réitère l'étape 40. Lors de l'étape 43, on détermine si le trajet du véhicule 1 est terminé. Lorsque le trajet du véhicule n'est pas terminé, alors on effectue l'étape 44, sinon on réitère l'étape 30. Lors de l'étape 44 on détermine si le trajet du véhicule est terminé. Lorsque le trajet du véhicule est terminé, alors on réitère l'étape 30, sinon, on réitère l'étape 41. REVENDICATIONS1 - Procédé d'optimisation d'une consommation d'énergie d'un véhicule (1) hybride et plug-in comportant deux modes de traction, respectivement électrique (3) et thermique (4), dans lequel, - on détermine, une distance parcourue entre deux recharges successive du véhicule (1) sur le secteur, - on détermine une énergie électrique disponible à un instant � t � dans un stockeur d'énergie électrique (2), et - on détermine un paramètre � mu � en fonction de la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule (1) sur le secteur et de l'énergie électrique disponible dans le stockeur (2). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'un système de navigation (9) est activé, pour déterminer la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule (1) sur le secteur : - on détermine une distance d'un trajet à parcourir par le véhicule en fonction d'un point de départ et un point d'arrivée, - on détermine un type de roulage du véhicule (1) durant le trajet. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsqu'un système de navigation (9) n'est pas activé, pour déterminer la distance parcourue entre deux recharges successives du véhicule (1) sur le secteur : - on détermine, à partir de données statistiques, le type de roulage en fonction d'une vitesse moyenne du véhicule (1), et - on détermine un pourcentage de temps d'arrêt moyen sur un type de trajet habituellement suivi. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le paramètre � mu � est en dessous d'un seuil déterminé, on utilise le moteur électrique (3) pour la traction du véhicule (1). 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le paramètre � mu � est au dessus d'un seuil déterminé, on utilise la combinaison du moteur thermique (4) et du moteur électrique (3) pour la traction du véhicule (1). 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, on affiche sur un écran (10) un indicateur représentatif de l'optimisation de la consommation de l'énergie électrique du véhicule (1). 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lorsque l'état de charge du stockeur (2) est nul avant la fin du trajet du véhicule (1), alors - on utilise le moteur thermique (4) pour assurer la traction du véhicule (1) pour le reste du trajet, et - on affiche sur un écran (10) un indicateur indiquant une distance parcourue avec l'énergie électrique. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on affiche sur un écran (10) un indicateur indiquant une distance à parcourir avant de recharger le stockeur (2). 9 - Véhicule (1) hybride et plug-in mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.