Brevet FR2988674A1 — publié le 20131004

- 1 - PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN FACTEUR D'EQUIVALENCE ENERGETIQUE DANS UN GROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE La présente invention concerne la gestion de 5 répartition des flux énergétiques dans un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile. Plus précisément, elle a pour objet la détermination d'un facteur énergétique d'équivalence représentant la pondération appliquée entre l'apport d'énergie d'origine 10 thermique et l'apport d'énergie d'origine électrique, pour minimiser sur un point de fonctionnement la consommation énergétique globale d'un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile, du type comprenant un moteur thermique et au moins un moteur électrique alimenté par une batterie. 15 Un groupe motopropulseur de véhicule automobile à propulsion ou à traction hybride comprend un moteur thermique et une ou plusieurs machines électriques, alimentées par au moins une batterie embarquée à bord du véhicule. Les systèmes de commande des groupes motopropulseurs 20 hybrides sont conçus pour gérer le fonctionnement et la synchronisation des différents moteurs en fonction de conditions de roulage, afin de limiter la consommation de carburant et de minimiser les émissions de particules polluantes. On parle de gestion des flux d'énergies thermique 25 et électriques, pour désigner notamment la stratégie de pilotage mise en oeuvre dans le système de commande en vue d'optimiser la répartition de puissance entre les flux d'énergie thermique et les flux d'énergie électrique. Le principe mis en oeuvre pour choisir le meilleur point de 30 fonctionnement consiste à minimiser la somme de la consommation thermique et de la consommation électrique en pondérant l'énergie d'origine électrique par un facteur de pondération ou d'équivalence. Ce facteur pondère l'énergie électrique avec l'énergie 35 thermique, c'est-à-dire qu'il donne la quantité de carburant nécessaire pour recharger d'une certaine quantité d'énergie - 2 - électrique stockée dans la batterie ou, avec un raisonnement inverse, la quantité de carburant capable d'être économisée en utilisant une certaine quantité d'énergie provenant de la batterie. Pour que la stratégie de gestion d'énergie soit optimale sur un parcours, il est nécessaire que ce facteur d'équivalence soit unique et constant pour des conditions de roulage données. Il dépend de plusieurs paramètres comme la durée, la longueur kilométrique du parcours, le profil d'altitude rencontré, le mode de conduite, les conditions environnementales (ville, zone péri urbaine, autoroute...), etc. Par la publication FR 2 935 123, on connaît un système et un procédé de commande d'un groupe motopropulseur hybride muni d'un module de détermination d'un mode de fonctionnement optimal et d'un module de détermination du point de fonctionnement du ou des moteurs au mode de fonctionnement optimal. Le système comporte un moyen de pondération apte à affecter la consommation de l'énergie électrique, et utilise un coefficient de pondération variable de façon inversement proportionnelle à l'état de charge de la batterie, en vue d'augmenter la valeur de pondération quand la batterie est déchargée, et de la réduire quand elle est chargée. Selon cette méthode, le facteur d'équivalence, ou de pondération, dépend de façon linéaire de l'état de charge de la batterie. Lorsque la batterie est vide le facteur est élevé ce qui tend à recharger la batterie, et lorsque la batterie est pleine le facteur est faible ce qui décharge la batterie. L'avantage principal de ce type de pilotage est l'assurance de rester dans les limites utiles de la batterie, c'est-à-dire entre 0% et 100% de son état de charge, ou « SOC ». Ses inconvénients sont cependant : - la difficulté d'adapter le facteur d'équivalence en fonction de l'environnement et du conducteur, - une sous-estimation de la plage d'utilisation énergétique totale de la batterie, et - la non prise en compte d'autres facteurs d'environnement, tels que les conditions de roulage. - 3 Par la publication DE 1 032 3722, il est aussi connu de changer l'équivalence, en fonction de certaines conditions de roulage. Toutefois, la méthode décrite ne permet pas de prendre en compte la pente de la route ou le style de conduite du conducteur, ni d'utiliser l'intégralité de la plage énergétique de la batterie. La présente invention propose un procédé et un dispositif de commande assurant un pilotage optimisé du facteur d'équivalence, en vue de s'approcher le plus possible de la solution optimale, en tenant compte de l'ensemble des facteurs influents. Elle propose dans ce but de piloter le facteur d'équivalence de manière discrète en fonction de l'état d'énergie instantané de la batterie, et une cible d'énergie fonction des conditions de roulage du véhicule et/ou des prédictions des conditions roulage. Le dispositif proposé comprend notamment un intégrateur d'un terme représentatif de la différence entre l'état de d'énergie instantané de la batterie et la cible d'état 20 d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci en se reportant au dessin annexé, dont la figure 25 unique représente de façon schématique le dispositif mis en oeuvre. Dans ce dispositif, un premier comparateur Cl reçoit en valeurs d'entrée l'état d'énergie soek de la batterie à l'instant k, et une valeur de cible d'état d'énergie soecible. 30 La différence (soecible soek) est multipliée par un gain de correction K. Un deuxième comparateur C2 fait la somme du résultat [Kp(soecible soek)] et d'un terme de correction de type intégral qui assure une correction du facteur d'équivalence en fonction des conditions de roulage 35 rencontrées. Cette somme est saturée par le saturateur S qui assure au facteur d'équivalence de rester entre les bornes - 4 - maîtrisées. Les bornes de saturation minimum, (satran, - 1/17) et maximum (satraa, - 1/17), assurent la maîtrise des modes recharge et décharge forcés. La saturation maximum satmaXest la valeur d'équivalence maximum assurant une commande au groupe motopropulseur qui recharge au maximum l'énergie de la batterie. La saturation satran, est la valeur d'équivalence minimum assurant une commande au groupe motopropulseur qui décharge au maximum la batterie. L'intégrateur I intègre la différence entre la sortie du saturateur S et sa propre intégration multipliée par un gain de correction Ki à l'aide du comparateur C3. En intégrant cette différence, l'intégrateur ne pourra pas s'emballer lorsque le système est en saturation. Cette méthode est connue sous le nom anglais d' « anti-windup » ou d'anti- emballement, ou dé saturateur en français. La sortie du saturateur est additionnée avec un terme 1/17 de type « feedforward » en anglais, ou terme de pré positionnement en français, à l'aide du comparateur C4. Ce terme « feedforward », ou de pré-positionnement, permet d'adapter directement le facteur d'équivalence en fonction d'une situation de roulage reconnue et/ou prédite. En résumé, le dispositif proposé comprend un intégrateur en boucle d'un terme représentatif de la différence entre l'état instantané de l'énergie de la batterie et l'état d'énergie cible de la batterie associé à un dispositif d'anti-emballement (« anti-windup »). Il comprend également un terme de compensation proportionnel. Le pilotage, mis en oeuvre avec ce dispositif dispose aussi d'un terme de pré-compensation (« feedforward »). Le 30 facteur d'équivalence est piloté de manière discrète d'après l'équation suivante : Sk+i= 1 /11c Kp( SOecible- SOek+) Kp Ki( soecibie - soek) 35 Dans cette équation, soeciine est l'état d'énergie cible que l'on souhaite atteindre, et soek est l'état d'énergie de - 5 la batterie à l'instant k. KI, et KI sont respectivement les gains de correction proportionnel et intégral ; roc est le rendement moyen de conversion de l'énergie électrique en énergie thermique. Le rendement moyen de conversion roc peut être ainsi calculé pour s'adapter en permanence aux circonstances, à partir de la connaissance à-priori de conditions de roulage prévisibles, ou à partir d'analyse des précédentes conditions de roulage. La correction intégrale a postériori, des hypothèses apporte une correction d'équivalence énergétique. Si, par exemple, un type de embouteillage » est identifié, il est rendement de conversion une valeur embouteillages, et d'obtenir un facteur roulage « en de donner au adaptée aux d'équivalence possible sensiblement différent du facteur d'équivalence sur autoroute. Par ailleurs, la cible être définie en fonction des véhicule dispose d'un système d'énergie visée soecibi' peut conditions de roulage. Si le de navigation, il est alors possible d'exploiter ses informations, pour optimiser la 20 cible. Enfin, lorsque l'équivalence est saturée, c'est-à-dire que le facteur d'équivalence s atteint des valeurs limite, imposant une recharge ou une décharge à tout prix de la batterie, le facteur d'équivalence s ne dépasse pas des 25 limites (inférieure et supérieure) acceptables, car l' « antiwindup » évite tout emballement intempestif du terme intégral. En conclusion, l'invention permet : - une utilisation plus appropriée de l'énergie contenue 30 dans la batterie et d'en tirer tous les bénéfices possibles pour réduire la consommation, - de tenir compte de l'environnement et du conducteur, - de tenir compte du profil d'altitude en cas d'information via la navigation, et 35 - une gestion des flux énergétiques basée davantage sur un « état d'énergie » de la batterie, que sur son état de - 6 - charge, ce qui est plus avantageux d'un point de vue de la consommation. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'un facteur énergétique d'équivalence (s) représentant la pondération appliquée entre 5 l'apport d'énergie d'origine thermique et l'apport d'énergie d'origine électrique, pour minimiser sur un point de fonctionnement la consommation énergétique globale d'un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile comprenant un moteur thermique et au moins un moteur électrique alimenté par 10 une batterie, caractérisé en ce que ce facteur est piloté de manière discrète en fonction de l' état d'énergie instantané de la batterie (soek) et d'une cible d'énergie (soecibie) et en fonction des conditions de roulage du véhicule. 2. Procédé de détermination d'un facteur énergétique 15 d'équivalence (s) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cible d'énergie (soecible) est fonction de prédictions des conditions de roulage. 3. Procédé de détermination d'un facteur d'équivalence (s) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il 20 présente un terme intégré sur l'estimation de l'état d'énergie de la batterie. 4. Procédé de détermination d'un facteur d'équivalence (s) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le terme intégré est fonction de la différence (soecibie - soek) entre la 25 cible et l'état d'énergie instantané de la batterie. 5. Procédé de détermination d'un facteur d'équivalence (s) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calcul de ce terme est bouclé par un calcul proportionnel intégral sur l'état de charge de la batterie. 30 6. Procédé de détermination d'un facteur d'équivalence (s) selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le terme intégré est bouclé par un facteur d'anti-emballement. 7. Procédé de détermination d'un facteur d'équivalence (s) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 35 ce qu'il est pré-compensé par un terme dépendant du rendement- 8 - de conversion Mc) de l'énergie électrique en énergie mécanique. 8. Dispositif de détermination d'un facteur d'équivalence (s) conformément à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un saturateur, entre des bornes de saturation minimum (safran, - 1/ffl et maximum (satraa, - 1/r)) assurant la maîtrise des modes recharge et décharge forcés.10