Brevet FR2988675A1 — publié le 20131004

- 1 - PROCEDE DE COMMANDE DE LA RECHARGE DE LA BATTERIE SUR UN VEHICULE HYBRIDE La présente invention se rapporte au domaine des 5 transmissions hybrides pour véhicules automobiles comportant d'une part un moteur thermique d'entraînement et d'autre part au moins une machine électrique. Plus précisément, elle a pour objet un procédé de commande de recharge de la batterie de traction sur une 10 transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique et d'au moins une machine électrique où la machine électrique est utilisée comme seule source d'énergie motrice jusqu'à un seuil de vitesse, au delà duquel il est possible de coupler le moteur thermique aux 15 roues sur des modes hybrides pour cumuler les apports d'énergie du moteur thermique et de la machine électrique. Cette invention trouve une application non limitative sur une transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique et d'une machine 20 électrique d'entraînement, comportant deux arbres primaires concentriques portant chacun au moins un pignon de descente sur un arbre secondaire relié aux roues du véhicule et un premier moyen de couplage entre deux arbres primaires pouvant occuper trois positions. 25 La figure 1 décrit un exemple non limitatif de transmission hybride relevant de ce principe d'architecture. Cette transmission comporte un arbre primaire plein 1 connecté directement par l'intermédiaire d'un système de filtration (moyeu amortisseur, « damper », 30 double volant ou autre) 2, au volant d'inertie 3 d'un moteur thermique (non représenté). L'arbre plein 1 porte un pignon fou 4 pouvant être connecté avec celui-ci par un premier système de couplage 5 (crabot, synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non). Un arbre 35 primaire creux 6 est relié au rotor d'une machine électrique 7, de préférence (mais non obligatoirement) de - 2 - type machine type axial discoïde. D'autres types de machine électrique sont également utilisables dans le cadre de l'invention, par exemple des machines radiales, à aimant ou à bobine d'excitation, ou des machines à réluctance. L'arbre creux 6 porte deux pignons fixes 8, 9. L'arbre creux 6 peut être relié à l'arbre primaire plein 1 par intermédiaire du système de couplage 5. Un arbre secondaire 10 porte deux pignons fous 11 et 12. On peut relier les pignons fous 11, 12 à l'arbre primaire par l'intermédiaire d'un deuxième système de couplage 13 (crabot, synchroniseur, ou autre type de coupleur progressif ou non). L'arbre secondaire 10 porte également un pignon fixe 14 et un pignon de descente 15 vers un différentiel 16 relié aux roues (non représentées) du véhicule. Comme indiqué plus haut, le premier moyen de couplage 5 peut occuper au moins trois positions dans lesquelles : - le moteur thermique est découplé de la chaîne cinématique reliant la machine électrique 7 aux roues (position 1), - le moteur thermique entraîne les roues avec ou sans l'appoint de la machine électrique (position 2), et - le moteur thermique et la machine électrique 7 sont couplés de manière à additionner en direction des roues leurs couples respectifs (position 3). Dans l'hypothèse où, par construction, un véhicule équipé d'une telle transmission ne peut pas utiliser le moteur thermique pour participer à la traction du véhicule en dessous d'un seuil de vitesse, la batterie est majoritairement en décharge aux faibles vitesses du véhicule. Au-delà du seuil de vitesse, le système de gestion d'énergie du véhicule est capable de répartir la puissance entre le moteur thermique et la machine électrique, de manière à assurer au véhicule un minimum 35 d'autonomie en mode électrique. Lorsque le véhicule roule régulièrement en dessous du seuil de vitesse, le problème - 3 - se pose de disposer en toute circonstance d'une réserve d'énergie dans la batterie, propre à assurer au moins le lancement du véhicule jusqu'à la mise en route du moteur thermique. Sans cette réserve d'énergie électrique, le véhicule est obligatoirement immobilisé dans un « mode recharge bord de route », où le moteur thermique recharge la batterie véhicule à l'arrêt, avant que la batterie dispose de l'énergie suffisante pour lancer à nouveau le véhicule. La présente invention a pour but de palier l'inconvénient d'immobiliser le véhicule en bord de route pour recharger la batterie. Dans ce but, elle propose qu'en dessous d'un seuil de vitesse, la machine électrique assure seule le couple à transmettre aux roues tandis que le moteur thermique est allumé pour prévoir la recharge sans participer à la traction du véhicule, lorsque le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, alors que les roues sont découplées du moteur thermique et de la machine électrique lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale d'accélérateur. De plus, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein ou qu'il relâche complètement la pédale d'accélérateur, ni la machine électrique ni le moteur thermique ne participent à la traction. Ils sont alors utilisés pour l'activation du mode de recharge. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre la régénération de la batterie de traction d'un véhicule sur une transmission hybride au point mort, - les figures 2 à 7 illustrent les différentes possibilités de fonctionnement de cette transmission, et - la figure 8 illustre la mise en oeuvre du procédé sur la transmission décrite. - 4 - Sur la figure 1, le premier système de couplage est en position 3, comme sur les figures 5 et 6, c'est à dire qu'il lie en rotation l'arbre primaire plein 1 et l'arbre primaire creux 6. Le deuxième système de couplage 13 est ouvert. La transmission est donc au « point mort ». Le moteur thermique tournant peut entraîner la machine électrique de traction fonctionnant alors en générateur pour recharger les batteries du véhicule à l'arrêt. Sur la figure 2, le premier système de couplage 5 est ouvert (position 1), tandis que le deuxième système de couplage 13 est fermé de manière à solidariser le pignon fou du rapport court 12 avec l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode électrique sur le rapport court, ou premier rapport de marche avant. Sur la figure 3, le premier système de couplage 5 est toujours ouvert (position 1), tandis que le deuxième système de couplage 13 est fermé, de manière à solidariser le pignon fou du rapport intermédiaire 11 avec l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode électrique sur le rapport intermédiaire, ou deuxième rapport de marche avant. Sur la figure 4, le premier système de couplage 5 est fermé en position 2, de manière à rendre solidaire le pignon fou 4 porté par l'arbre plein 1, avec celui-ci, tandis que le deuxième moyen de couplage 13 est ouvert. La transmission est sur le rapport long, ou de troisième. La machine électrique ne fournit pas de couple. Sur la figure 5, le premier moyen de couplage 5 est fermé en position 3, de manière à rendre solidaires l'arbre plein 1 et l'arbre creux 6. Le deuxième système de couplage 13 est fermé, de manière à rendre solidaire le pignon fou du rapport court 12 et l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode hybride sur le rapport court. Les apports du moteur thermique et de la machine électrique sur la chaîne de traction se cumulent. Ils sont transmis de - 5 l'arbre primaire creux 6 sur l'arbre secondaire par la descente de pignons 8, 12. Sur la figure 6, le premier moyen de couplage 5 est toujours fermé, en position 3, comme sur la figure 5. 5 L'arbre primaire plein 1, est donc solidaire de l'arbre primaire creux 6. Le deuxième système de couplage 13 est également fermé : le pignon fou 11 du rapport intermédiaire est solidaire de l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode hybride sur le rapport intermédiaire. Les apports 10 du moteur thermique et de la machine électrique sur la chaîne de traction se cumulent. Sur la figure 7, le premier système de couplage 5 est fermé en position 2 : il rend solidaire le pignon fou 4 porté par l'arbre primaire plein 1, avec celui-ci. Par 15 ailleurs, le deuxième moyen de couplage 13 est fermé de manière à rendre solidaire le pignon fou 11 de rapport intermédiaire avec l'arbre secondaire 10. La transmission est en mode hybride sur le rapport long, avec cumul des apports du moteur thermique et de la machine électrique. 20 La stratégie de pilotage du mode de recharge de la batterie proposée est mise en oeuvre de préférence en-dessous d'un seuil d'énergie S1 et désactivée au dessus d'un seuil S2>S1 de la batterie. Par ailleurs, elle tient compte d'un seuil de vitesse V du véhicule, qui peut 25 correspondre au seuil d'engagement du moteur thermique pour participer à la traction. Le pilotage de la recharge batterie est différent dans une zone basse vitesse, c'est-à-dire en dessous du seuil V, et dans une zone haute vitesse, c'est-à-dire au dessus du seuil V. 30 A basse vitesse, il n'est pas possible d'agir sur les points de fonctionnement, et la machine électrique assure seule le couple à transmettre aux roues. Le moteur thermique est allumé pour prévoir la recharge, mais ne participe pas à la traction du véhicule. Lorsque le 35 conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur (sans - 6 toucher à la pédale de frein), la chaîne cinématique de la transmission est celle de la figure 2. Lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale d'accélérateur (levé de pied) ou lorsqu'il appuie sur la 5 pédale de frein, la transmission est dans la configuration de la figure 1 (mode recharge). Les roues sont découplées des organes de traction (moteur et machine). Le point de fonctionnement est défini par des contraintes acoustiques et par la minimisation de la consommation. Pour des raisons 10 acoustiques, la plage de fonctionnement du moteur thermique est réduite (c'est-à-dire qu'il ne peut dépasser une vitesse de rotation). A haute vitesse, le moteur thermique assure le couple à la roue et un complément, que prélèvera la machine 15 électrique pour recharger la batterie. La chaîne cinématique peut être la même avec et sans appui sur la pédale d'accélérateur. La quantité de couple prélevée pour recharger la batterie est choisie pour minimiser la fonction suivante: 20 H eq = Conso thermique (Couple moteur, Régime moteur) + s X Conso électrique (Couple machine, Régime machine), dans laquelle H eq est la quantité totale d'énergie 25 consommée et s est le facteur d'équivalence, qui donne la correspondance entre l'énergie électrique avec l'énergie mécanique (par exemple entre lkWh et son équivalent en grammes de carburant). Les régimes du moteur thermique et de la machine électrique sont imposés par la vitesse du 30 véhicule et le mode de couplage de la transmission, ce qui veut dire que la stratégie s'adapte en fonction de celle-ci. Le facteur d'équivalence « s » favorise lorsque la stratégie est activée la recharge de la batterie. Les fonctions Conso thermique et Conso électrique sont des 35 cartographies de consommation obtenues sur les bancs d'essais. La chaîne cinématique choisie est celle du mode - 7 « hybride ville » de la figure 5, celle du mode « hybride route » de la figure 6, ou celle du mode « hybride autoroute » de la figure 7, selon la vitesse du véhicule, c'est-à-dire celle d'un de ses modes hybrides habituels. La stratégie consiste à choisir la répartition de couple pour minimiser la fonction H eq : - à haute vitesse, lorsque la stratégie de recharge n'est pas activée, le facteur d'équivalence est choisi pour minimiser la consommation globale d'énergie, dans des limites acceptables, il est en effet possible d'adapter le couple et le régime moteur thermique, pour trouver le meilleur point de fonctionnement de la transmission, en tenant compte du rendement de la machine électrique et du moteur thermique, lorsque la sratégie de recharge est activée, le facteur d'équivalence est choisi tel qu'il favorise la recharge de la batterie - à basse vitesse, lorsque la stratégie de recharge n'est pas activée, la machine électrique assure seule la traction, le moteur thermique est éteint et lorsque le conducteur relâche l'accélérateur ou appuie sur le frein le mode cinématique reste celui de la figure 2 pour récupérer l'énergie cinétique de la décélération, lorsque la stratégie de recharge est activé, la machine électrique assure seule la traction, le moteur thermique est allumé et lorsque le conducteur relâche l'accélérateur ou appuie sur le frein le mode cinématique reste celui de la figure 1 pour recharger la batterie via le moteur thermique. Lorsque le conducteur passe au neutre, à basse et haute vitesse, le pilotage est le même qu'en appui sur le frein à basse vitesse : passage en mode recharge et minimisation de la fonction H eq en fonction du régime et du couple moteur tout en respectant les contraintes acoustiques, les roues étant découplées du moteur thermique et de la machine électriques. La figure 8 illustre la mise en oeuvre de l'invention sur la transmission décrite ci-dessus. Le seuil de vitesse - 8 - / est par exemple 16 kilomètres par heure, si cette vitesse correspond au seuil d'accouplement du moteur thermique. Ce seuil peut être celui qui est retenu de manière plus générale dans un mode d'utilisation du véhicule dit de 5 prolongation d'autonomie, ou « long range » dans lequel on connecte le moteur thermique après un décollage électrique, dès que la vitesse le permet (à 1500 tour par minute, par exemple à 16 Km/h). Les deux premiers rapports deviennent alors hybrides, et la machine électrique est utilisée 10 essentiellement en régénération. Ces deux modes hybrides « ville » (cf. figure 5) et « route » (cf. figure 6), sont complétés, si on le souhaite, par le troisième mode hybride « autoroute » de la figure 7. La figure 8 à fait apparaître deux valeurs 15 distinctes S1 et S2 de l'état d'énergie (SOC) de la batterie, pour seuil d'activation lorsque l'état d'énergie courant est inférieur à S1 et pour seuil de désactivation S2 lorsque l'état d'énergie courant est supérieur à S2. Comme indiqué plus haut, à basse vitesse, la transmission 20 présente deux configurations différentes en dessous et au dessus du seuil d'activation. En revanche elle ne change plus d'état en fonction de l'état d'énergie la batterie au-delà du seuil V, sur ses trois modes hybrides mais bénéficie d'un pilotage ciblé, favorisant la recharge en 25 dessous du seuil d'activation et favorisant la consommation réduite au dessus de celui-ci, par le choix d'un facteur d'équivalence approprié. En conclusion, le procédé de commande proposé par l'invention permet de recharger la batterie en roulage dans 30 un mode de fonctionnement cohérent dit « mode de recharge sans arrêt », qui permet de prévenir l'immobilisation d'un véhicule hybride pour recharger la batterie, lorsque le véhicule n'a pas la possibilité de se lancer et de rouler aux faibles vitesses sur le moteur thermique seul. Il 35 permet dans ce cas de continuer à utiliser le véhicule dans un mode spécifique, pour recharger la batterie en roulant. - 9 Ce procédé est applicable sur toute transmission du type décrit ci-dessus et sur un véhicule équipé d'une telle transmission, mais également sur toute autre transmission et tout autre véhicule hybride, dont la construction ne permet pas d'entrainer le véhicule par le moteur thermique sur une plage de vitesse. REVENDICATIONS1. Procédé de commande de recharge de batterie de traction sur une transmission hybride pour véhicule automobile muni d'un moteur thermique et d'au moins une machine électrique où la machine électrique (7) est utilisée comme seule source d'énergie motrice jusqu'à un seuil de vitesse (V) au delà duquel il est possible de coupler le moteur thermique aux roues sur des modes hybrides pour cumuler les apports d'énergie du moteur thermique et de la machine électrique, caractérisé en ce que en dessous du seuil de vitesse, la machine électrique assure seule le couple à transmettre aux roues tandis que le moteur thermique est allumé pour prévoir la recharge sans participer à la traction du véhicule lorsque le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, alors que les roues sont découplées du moteur thermique et de la machine électrique lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale d'accélérateur pour permettre la recharge de la batterie 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre entre un seuil inférieur d'activation (S1) et un seuil supérieur de désactivation (S2) 3. Procédé de commande de recharge de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, en dessous du seuil de vitesse (V) les roues sont découplées du moteur thermique et de la machine électrique, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein. 4. Procédé de commande de recharge de batterie selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lorsque le conducteur passe au neutre, le moteur thermique et la machine électrique sont utilisées pour recharger la batterie de traction. 5. Procédé de commande de recharge de batterie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en cequ'au dessus du seuil de vitesse (V), le moteur thermique assure le couple à la roue et un complément d'énergie prélevé par la machine électrique pour recharger la batterie, 6. Procédé de commande de recharge de batterie selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'au dessus du seuil de vitesse (V) la transmission est sur un mode hybride piloté, où La quantité de couple prélevée pour recharger la batterie est choisie pour minimiser la quantité totale d'énergie consommée. 7. Procédé de commande de recharge de batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que si la stratégie n'est pas activée, le facteur d'équivalence, (s) entre l'énergie électrique et l'énergie mécanique est choisi de manière à minimiser la consommation. 8. Procédé de commande de recharge de batterie selon la revendication 2 ou 7, caractérisé en ce que si la stratégie est activée, le facteur d'équivalence, (s) entre l'énergie électrique et l'énergie mécanique est choisi de manière à favoriser la recharge de la batterie.