Brevet FR2964633A1 — publié le 20120316

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE PILOTAGE DE MOYENS DE FREINAGE REGENERATIF L'invention concerne un dispositif et un procédé pour le pilotage de moyens de freinage régénératif. Elle trouve une application plus particulièrement dans les véhicules automobiles à traction/propulsion électrique ou hybride comprenant des moyens de stockage d'énergie, tels qu'une batterie, et une machine électrique, alimentée par ces moyens de stockage, apte à fonctionner en mode génératrice pour recharger la batterie, ce mode de fonctionnement de la machine électrique étant utilisé pour produire un couple résistant afin de réaliser le freinage régénératif. Cependant, l'invention est applicable à tout type de véhicule utilisant un dispositif de freinage dit régénératif, ou même rhéostatique tel qu'un ralentisseur électrodynamique. Selon l'art antérieur, un dispositif de freinage régénératif peut être utilisé seul ou en combinaison avec un dispositif de freinage dissipatif, tel que des freins à disque, pour contrôler la motricité et la stabilité d'un véhicule comprenant un système électronique de contrôle de la stabilité ou de la trajectoire, couramment désigné par ESP®. Le couple résistant appliqué aux roues motrices du véhicule par le dispositif de freinage régénératif est contrôlé par un superviseur de sorte à maintenir le véhicule dans sa trajectoire supposée afin d'éviter les survirages et les sous-virages. Par exemple, la demande de brevet japonais JP2008247250 décrit un procédé de contrôle du couple résistant d'une machine électrique agissant sur les roues motrices d'un véhicule de sorte à éviter le blocage de ces roues en cas de réaction du système de contrôle de stabilité à une situation de sous-virage. En effet, en cas de sous virage, la contre-mesure appliquée, consiste généralement à ralentir le véhicule de sorte à retrouver de la motricité sur le train avant. Ce ralentissement est obtenu, notamment, en générant par la machine électrique un couple résistant, s'opposant à l'avancement du véhicule. Toutefois, dans certaines circonstances, par exemple lorsque les conditions d'adhérence sont critiques, ce couple résistant peut provoquer le blocage des roues et entraîner une déstabilisation du véhicule. Le procédé décrit dans cette demande de brevet japonais, vise à calculer les conditions d'adhérence en fonction de diverses 2 informations et au moyen d'un calculateur afin d'imposer un couple résistant qui n'entraîne pas le blocage des roues. Ce procédé de l'art antérieur nécessite une connaissance précise du comportement de la chaîne cinématique du véhicule et est sensible à une défaillance du calculateur ou des organes de pilotage de la machine électrique. D'une manière générale, chaque fois que le fonctionnement en couple résistant de la machine électrique d'un véhicule comportant des moyens de propulsion/traction électriques est mis en oeuvre afin de récupérer ou de dissiper de l'énergie cinétique, il y a un risque d'un prélèvement de puissance trop important pouvant entraîner un blocage des roues, soit du fait de conditions d'adhérence défavorables soit suite à une défaillance du pilotage de la machine électrique fonctionnant en mode génératrice. Pour palier à ce dernier type de défaillance, il est fait recours à des systèmes redondants qui supervisent le fonctionnement de la machine électrique et de ses organes de pilotage. Ces redondances entraînent un coût supplémentaire et des interactions complexes entre ces systèmes et les autres systèmes de sécurité tels que le système de contrôle de stabilité ou le système antiblocage des roues, qui nuisent au temps de réaction de ces systèmes. L'invention vise à résoudre ces insuffisances de l'art antérieur en proposant un dispositif annulant directement le couple résistant du dispositif de freinage régénératif en cas de blocage détecté. À cette fin l'invention concerne un dispositif de sécurité pour le contrôle de la motricité d'un véhicule comprenant des moyens de freinage dit régénératif, qui comprend : - un capteur apte à mesurer la vitesse de rotation d'une roue motrice et à détecter 25 le blocage en rotation de cette roue ; - un superviseur ; - des moyens de coupure, pilotés par le superviseur, aptes à annuler le couple résistant des moyens de freinage régénératif en cas de blocage de la roue motrice. 30 Ainsi, le dispositif objet de l'invention fonctionne selon une logique simple, garante de son efficacité, et peut être piloté directement depuis les dispositifs de contrôle de la stabilité du véhicule. Le freinage dit régénératif s'entend d'un freinage consistant à utiliser un dispositif d'entraînement, nominalement moteur, 3 pour produire une action inverse à son action nominale. Il peut s'agir d'un dispositif électrique, hydraulique ou pneumatique. L'énergie cinétique prélevée peut être à nouveau stockée il s'agira alors d'un freinage régénératif au sens strict, voire dissipée, on parle alors, par exemple, de freinage rhéostatique ou même partiellement stockée et partiellement dissipée. L'invention peut être mise en oeuvre selon les modes de réalisation avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, le véhicule comprend une machine électrique pour sa 10 propulsion/traction et les moyens de freinage régénératif sont constitués par cette machine électrique fonctionnant en couple résistant. Selon un premier exemple de réalisation, les moyens de coupure comprennent un embrayage apte à transmettre un couple entre la roue motrice et les moyens de freinage régénératif. Ainsi, la coupure est opérée simplement en 15 débrayant ledit embrayage, indépendamment du circuit de commande et de puissance des moyens de freinage régénératif, ce qui améliore la fiabilité du dispositif. Selon un second exemple de réalisation, le véhicule comprend une batterie alimentant la machine électrique et les moyens de coupure comprennent un 20 coupe-circuit apte à ouvrir le circuit électrique entre la batterie et la machine électrique. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour une utilisation avec un véhicule automobile autonome à propulsion/traction électrique. L'ouverture du circuit électrique peut être réalisée simplement et a pour conséquence de supprimer la charge sur la machine électrique fonctionnant en 25 couple résistant et par suite, d'annuler celui-ci. La coupure peut intervenir en différentes localisations sur le circuit électrique de puissance. Selon un mode de réalisation particulier de ce second exemple de réalisation, le véhicule comprend un onduleur comme partie du circuit électrique entre la batterie et la machine électrique et les moyens de coupure coupent le 30 circuit au niveau de cet onduleur. Ce mode de réalisation permet d'utiliser, pour la coupure, le même circuit électrique et les mêmes composants que les dispositifs de contrôle du couple résistant utilisés notamment par les moyens de contrôle de la stabilité du véhicule, notamment I'ESP®, lesquels pilotent généralement directement l'onduleur. Ainsi le dispositif peut être facilement et économiquement intégré à tout véhicule hybride ou électrique comprenant des moyens de contrôle de la stabilité tels qu'un dispositif ESP®. Avantageusement, le véhicule comprend de tels moyens de contrôle de la 5 stabilité et le superviseur est intégré à ces moyens. L'invention concerne également un procédé pour le contrôle de la stabilité d'un véhicule comprenant un dispositif de sécurité pour le contrôle de sa motricité tel que décrit ci-avant, ce procédé comprenant les étapes consistant à : - un freinage du véhicule étant produit par les moyens de freinage régénératif, 10 détecter à l'aide du capteur de vitesse de rotation un blocage d'une roue motrice du véhicule ; - déclencher, par le superviseur, un chronométrage à la détection et durant la persistance de ce blocage ; et - si le temps de blocage dépasse une limite définie, ordonner, par le superviseur, 15 aux moyens de coupure, d'annuler le couple résistant des moyens de freinage régénératif. Ce procédé est un procédé de sécurité qui ne vise pas à prévenir le blocage des roues par un contrôle du couple selon des circonstances complexes d'adhérence, mais détecte un blocage intempestif et agit immédiatement pour 20 contrer celui-ci. Avantageusement l'invention est applicable à un véhicule automobile électrique. Plus particulièrement, les moyens de freinage régénératif de ce véhicule sont constitués par une machine électrique de traction/propulsion fonctionnant en mode génératrice. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de ses 25 modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et des figures 1 à 4, dans lesquelles : les figures 1 à 3 représentent de manière schématique en vue de dessus et en coupe, un véhicule automobile comprenant le dispositif objet de l'invention selon différents exemples de réalisation ; 30 la figure 4 représente un logigramme d'un exemple de réalisation du procédé objet de l'invention. Figure 1, selon un premier exemple de réalisation, un véhicule 100 comprenant le dispositif objet de l'invention comprend une machine électrique 110 laquelle entraîne un des trains du véhicule par une chaîne de transmission 112. L'exemple est présenté dans le cadre d'un véhicule à propulsion, mais l'invention s'applique indifféremment à un véhicule à traction. La machine électrique 110 est alimentée en énergie par un circuit de puissance 121, 122, l'énergie étant délivrée 5 par un dispositif de stockage électrochimique 120 dénommé « batterie ». La batterie 120 délivre un courant électrique continu, lequel est transformé en courant alternatif par un onduleur 130 pour alimenter la machine électrique. Selon cet exemple de réalisation, la machine électrique transmet l'énergie cinétique au train arrière du véhicule par la chaîne de transmission 112, laquelle comporte un embrayage 111. Selon un exemple d'utilisation du dispositif en freinage régénératif, le véhicule étant en mouvement, il transmet son énergie cinétique par la transmission 112 à la machine électrique placée en mode génératrice, celle-ci produit un courant alternatif, lequel est redressé par l'onduleur 130 fonctionnant alors en redresseur qui injecte ce courant continu dans la batterie 120, lequel courant recharge alors la batterie en énergie. Cette consommation énergétique freine le véhicule et agit à la manière du frein moteur d'un véhicule dont la propulsion/traction est réalisée par un moteur à combustion interne. Le passage du mode « moteur » au mode « résistant » de la machine électrique 110 est piloté par l'onduleur 130 qui est relié à cet effet à un microcontrôleur. Les techniques de passage du mode moteur au mode résistant sont connues de l'art antérieur et consistent, par exemple, à inverser le sens d'alimentation des phases du stator de la machine électrique 110. Le microcontrôleur de l'onduleur est connecté par un bus 135 à un superviseur 150 lequel envoie par ce bus 135 des ordres à l'onduleur 130 et reçoit en retour des informations sur le circuit de puissance, permettant ainsi un fonctionnement asservi de la chaîne électrique d'entraînement et de freinage du véhicule 100. Le superviseur comprend des moyens de calcul, d'acquisition et de traitement de signaux électroniques, analogiques ou numériques, et des interfaces pour l'émission de signaux analogiques ou numériques de commande. Selon un mode de réalisation avantageux, le superviseur 150 est constitué par les moyens de contrôle de la stabilité ou de la trajectoire du véhicule, couramment dénommés « ESP® ». À ce titre il reçoit des informations sur les conditions de mobilité du véhicule, notamment sur sa vitesse, son accélération 6 latérale, la position des roues directrices, le couple de lacet et la vitesse de rotation des roues motrices et directrices pour ne citer que quelques exemples. Dans le cas du dispositif objet de l'invention et de la figure 1, seule est représentée la mesure de la vitesse de rotation (N) des roues motrices par des capteurs de vitesses 141, 142. Les moyens de contrôle de la stabilité du véhicule scrutent et vérifient en permanence la cohérence entre la vitesse des roues, la vitesse du véhicule, l'angle de braquage des roues motrices et l'accélération du véhicule dans diverses directions de l'espace. En fonction de ces informations ces moyens de contrôle détectent toute anomalie, révélatrice par exemple d'un sous-virage ou d'un survirage du véhicule et agissent dans un temps très bref pour rétablir la trajectoire du véhicule. À cette fin ces moyens pilotent notamment l'onduleur 130 pour gérer le couple moteur ou résistant transmis aux roues motrices du véhicule. En cas de défaillance du microcontrôleur de l'onduleur, la machine électrique 110 fonctionnant en couple résistant peut prélever une 15 puissance trop importante sur les roues motrices et entraîner le blocage de celles-ci. En effet, à la différence du frein moteur d'un moteur à combustion interne, la machine électrique 110 fonctionnant dans ce mode peut opposer un couple résistant du même ordre de grandeur que le couple moteur qu'elle peut fournir. Les risques de blocage sont donc potentiellement plus importants. Une fois les 20 roues bloquées, la stabilité du véhicule peut être gravement compromise. La figure 4 indique par un logigramme la manière dont le dispositif objet de l'invention remédie à cette situation. En partant d'une situation nominale 400, la vitesse (N) des roues est contrôlée en permanence lors d'une étape de contrôle 410. En cas de blocage détecté (N=0), deux actions sont déclenchées, une 25 première action, lors d'une étape 420, consiste à piloter l'onduleur afin de piloter le couple résistant de la machine électrique s'appliquant sur les roues motrices du véhicule, ce fonctionnement correspond au fonctionnement connu de l'art antérieur. À l'issue de cette étape 420, celle-ci reboucle sur l'étape de contrôle 410. Ce fonctionnement correspond au fonctionnement asservi du contrôle de 30 l'onduleur 130 selon l'art antérieur. Dans certains cas, le temps de déblocage des roues par ce fonctionnement asservi peut s'avérer supérieur à celui de l'installation d'un comportement instable du véhicule. Selon le procédé objet de l'invention, une étape de chronométrage 430 est déclenchée au moment de la détection du blocage. La vitesse de rotation des roues est à nouveau examinée, dans une étape 440, après l'expiration d'un délai défini à compter du déclenchement de l'étape de chronométrage 430. Ce délai est s de l'ordre de quelques millisecondes. Il est possible qu'à l'issue de ce délai, le contrôle en mode asservi de l'onduleur réalisé au cours de l'étape 420 ait abouti au déblocage des roues, lequel est détecté lors du second contrôle 440 de blocage des roues. Dans ce cas le système revient 441 en mode nominal 400. Si par contre, les roues sont toujours bloquées 442, alors le dispositif réagit en Zo boucle ouverte dans une étape 450 consistant à annuler le couple résistant des moyens de freinage régénératif, débloquant ainsi les roues motrices. En revenant à la figure 1, l'annulation du couple résistant est obtenue en pilotant l'ouverture de l'embrayage 111 de la transmission 112. Le dispositif comprend selon cet exemple de réalisation des moyens de pilotage 151 pour 15 l'ouverture de cet embrayage 111, lesquels moyens sont commandés directement par le superviseur 150. Figure 2, selon un autre exemple de réalisation, le dispositif comprend des moyens de pilotage 251 pour couper le circuit électrique de la batterie par le superviseur 150. 20 Figure 3, selon un troisième exemple de réalisation, le dispositif comprend des moyens 351 pour piloter la coupure de l'onduleur 130 directement depuis le superviseur 150. À cette fin la fonction coupure peut être assurée par un composant dédié (non représenté) qui court-circuite le pilotage de l'onduleur par son microcontrôleur. 25 Ces différents moyens de pilotage pour l'annulation du couple résistant du freinage régénératif peuvent éventuellement être combinés afin d'être déclenchés de manière redondante ou séquentiellement. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs 30 qu'elle visait. En particulier, le dispositif et le procédé objets de l'invention permettent d'améliorer la sécurité du véhicule sans surcoût. REVENDICATIONS1. Dispositif de sécurité pour le contrôle de la motricité d'un véhicule (100) comprenant des moyens de freinage dit régénératif (110), caractérisé en ce 5 qu'il comprend : - un capteur (141, 142) apte à mesurer la vitesse de rotation d'une roue motrice et à détecter le blocage en rotation de cette roue ; - un superviseur (150) ; - des moyens de coupure (111, 151, 251, 351), pilotés par le superviseur, aptes à 10 annuler le couple résistant des moyens de freinage régénératif en cas de blocage de la roue motrice. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule (100) comprend une machine électrique (110) pour sa propulsion/traction et que les moyens de freinage régénératif sont constitués par cette machine électrique 15 (110) fonctionnant en couple résistant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de coupure comprennent un embrayage (111) apte à transmettre un couple entre la roue motrice et les moyens de freinage régénératif (110). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le véhicule 20 (100) comprend une batterie (120) alimentant la machine électrique (110) et que les moyens de coupure comprennent un coupe-circuit (251) apte à ouvrir le circuit électrique (121,122) entre la batterie (120) et la machine électrique (110). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le véhicule (100) comprend un onduleur (130) comme partie du circuit électrique entre la 25 batterie (120) et la machine électrique (110) et que les moyens de coupure (351) coupent le circuit au niveau de cet onduleur. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule (100) comprend des moyens de contrôle de la stabilité et que le superviseur (150) est intégré à ces moyens. 30 7. Véhicule électrique, notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Véhicule (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de freinage régénératif sont constitués par une machine électrique (110) de traction/propulsion fonctionnant en mode génératrice. 9. Procédé pour le contrôle de la stabilité d'un véhicule comprenant un 5 dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - un freinage du véhicule étant produit par les moyens de freinage régénératif, détecter (410) à l'aide du capteur de vitesse de rotation un blocage d'une roue motrice du véhicule ; 10 - déclencher (430) par le superviseur un chronométrage à la détection et durant la persistance de ce blocage ; et - si le temps de blocage dépasse une limite définie, ordonner (450), par le superviseur (150), aux moyens de coupure, d'annuler le couple résistant des moyens de freinage régénératif. 15