Brevet FR3005999A1 — publié le 20141128

PROCEDE D'ESTIMATION DU COUPLE DE PERTES PAR POMPAGE D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR HYBRIDE Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine du contrôle des groupes motopropulseurs pour véhicule. L'invention concerne plus particulièrement le contrôle des groupes motopropulseurs hybrides thermique-électrique. Arrière-plan technologique Le souci croissant de respect de l'environnement ainsi que des normes d'émission de gaz polluant sans cesse plus contraignantes au conduit au développement de véhicules équipés de groupes motopropulseurs hybrides thermique-électriques. Comme illustré sur la figure 1, les groupes motopropulseurs hybrides sont des groupes motopropulseurs comprenant un moteur thermique 1 et une machine électrique 2 relié par une liaison 5 mécanique et chacun apte à fournir un couple aux roues 4 motrices du véhicule, par l'intermédiaire d'une boite de vitesses 3. Afin d'optimiser son fonctionnement, le véhicule peut utiliser la machine électrique 2 et / ou le moteur thermique pour générer le couple à la roue requis. Or, lorsque par exemple le groupe motopropulseur passe d'un mode thermique pendant lequel la traction est assurée pleinement par le moteur thermique 1 à un mode électrique où la traction est assurée pleinement par la machine électrique 2, il se trouve une phase de transition qui peut causer des perturbations de couple à la roue sensibles par le conducteur et dégradant l'agrément de conduite du véhicule. On connait du document US20100042279A1 une méthode de gestion du couple d'un groupe motopropulseur hybride thermique électrique pendant une phase de transition au cours d'une désactivation de cylindre, basé sur le réglage de la pression d'admission et le couple de la machine électrique au cours d'une phase immédiatement préalable à la phase de transition. Cependant, durant cette phase de transition, il est nécessaire de piloter finement le couple de consigne de la machine électrique 2 pour assurer un couple à la roue constant ou conforme à sa consigne. En effet le couple délivré par la machine électrique doit compenser les pertes de la boite de vitesses 3 et du moteur thermique 1 pour assurer un couple à la roue constant. La problématique existe aussi pour le transitoire inverse, c'est- à-dire lorsque le groupe motopropulseur passe d'un mode électrique à un mode thermique. Les pertes d'un moteur thermique comprennent : -Les pertes par frottement qui dépendent principalement de la température d'huile du moteur et de son régime de rotation. Il n'existe pas de réglage moteur permettant de diminuer ceux-ci pendant le mode électrique. Cependant, ces pertes par frottement ont des transitoires lents, ce qui rendra leur traitement facile par le contrôle moteur. -Les pertes par pompage dépendent principalement des réglages de la boucle d'air et du régime moteur. Les réglages de la boucle d'air qui permettent de moduler ces pertes par pompage comprennent le réglage de la position du papillon d'admission d'air du moteur thermique, celui du calage d'admission, c'est-à-dire le réglage du moment d'ouverture de la soupape d'admission dans le cycle moteur encore désigné par les motoristes par Avance Ouverture Admission ou AOA et celui du calage d'échappement, c'est-à-dire le réglage du moment de fermeture de la soupape d'échappement dans le cycle moteur encore désigné par Retard Fermeture Echappement ou RFE. Les changements de réglage de la position du papillon et du calage d'admission et d'échappement vont entraîner d'importantes variations de pertes par pompage. Les figures 2a à 2d illustrent un exemple d'évolution, en fonction du temps t, des réglages des calages admission (courbe AOA sur la figure 2a) et échappement (courbe RFE sur la figure 2a), de la position du papillon d'admission d'air du moteur thermique (courbe 6 sur la figure 2b) et leurs effets sur la pression à l'admission (courbe 7 sur la figure 2c) et les pertes par pompage d'un moteur thermique (courbe 8 sur la figure 2d) lors d'une phase de transition entre un état initial A dans lequel le groupe motopropulseur est en mode thermique et un état final B dans lequel le groupe motopropulseur est en mode électrique. Le positionnement à l'état A des calages et de la position du papillon est défini pour optimiser le fonctionnement du moteur thermique. Le positionnement à l'état B des calages et de la position du papillon est défini pour minimiser les pertes par pompage du moteur thermique. Ces transitoires peuvent être rapide et donc le pilotage de la consigne de la machine électrique 2 pour assurer le couple à la roue requis au cours de la phase de transition demande des moyens d'estimation des pertes par pompage rapide et précis pour assurer une bonne transition de mode. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est d'avoir une méthode de calcul rapide et précise des pertes par pompage pour pouvoir réaliser une compensation de couple via la machine électrique efficace lors des phases de transition entre un mode thermique et un mode électrique. Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l'invention un procédé d'estimation du couple de pertes par pompage durant une phase de transition totale d'un mode thermique à un mode électrique ou inversement d'un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : -Détermination du régime moteur courant, -Détermination de l'avance ouverture Admission courante, -Détermination du retard fermeture échappement courant, -Détermination de la pression d'admission courante, -Estimation du couple de pertes par pompage courant à partir d'une relation linéaire établissant ledit couple de perte moteur en fonction de la pression d'admission, au régime moteur, Avance Ouverture Admission et Retard fermeture échappement déterminés. De préférence, l'estimation du couple de pertes par pompage est obtenue à l'aide d'une cartographie établissant les coefficients de la relation linéaire en fonction seulement du régime moteur, de l'avance ouverture admission et du retard fermeture échappement. De préférence encore, l'étape d'estimation du couple de pertes par pompage courant comprend une étape d'estimation des coefficients de la relation linéaire au régime déterminé par interpolation linéaire des coefficients cartographiés puis un calcul du couple de pertes par pompage par la relation linéaire avec les coefficients estimés. Dans une variante, l'étape d'estimation du couple de pertes par pompage courant comprend une étape de détermination d'un indicateur de la pression d'admission et une étape de détermination de la pression d'admission à partir dudit l'indicateur. De préférence, l'indicateur de la pression d'admission est la position d'un papillon d'admission. L'invention concerne aussi un procédé de détermination d'une consigne de couple à appliquer à une machine électrique durant une phase de transition totale d'un mode thermique à un mode électrique ou inversement d'un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique dans lequel on détermine une consigne de couple à la roue, on détermine un couple de pertes moteur, caractérisé en ce que l'on détermine la consigne de couple à appliquer à machine électrique à partir du couple à la roue et couple de pertes moteur, le couple de pertes moteur comprenant une estimation d'un couple de pertes par pompage par un procédé d'estimation selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. L'invention concerne encore un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise en oeuvre d'un procédé d'estimation du couple de pertes par pompage et d'un procédé de détermination d'une consigne de couple à appliquer à la machine électrique de l'invention. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un groupe motopropulseur hybride thermique électrique. - Les figures 2a à 2d présentent graphiquement, pour une phase de transition d'un mode thermique à un mode électrique du groupe motopropulseur, un exemple d'évolution respectivement des calages admission et échappement, de la position du papillon, de la pression admission, des pertes par pompage du moteur thermique. - La figure 3 présente schématiquement un véhicule comprenant un groupe motopropulseur de l'invention. - La figure 4 présente graphiquement l'évolution du couple de perte par pompage en fonction de la pression d'admission pour un point de fonctionnement déterminé. - La figure 5 illustre schématiquement une cartographie à trois paramètres permettant l'estimation du couple de perte par pompage. - La figure 6 présente un extrait généralisé de l'exemple de cartographie illustré en figure 5. - Figure 7 illustre sous forme de diagramme le procédé de détermination du couple de consigne à applique à la machine électrique. Description détaillée La figure 3 présente un véhicule 30 comprenant un groupe motopropulseur 31 hybride thermique-électrique. Le groupe motopropulseur 31 comprend un moteur 32 thermique associé à un dispositif d'embrayage 33, une boite 34 de vitesses et un différentiel 35 relié à des roues 36. Le groupe motopropulseur 31 comprend encore une machine électrique 37 reliée mécaniquement au moteur thermique 32 de sorte à pouvoir fournir un couple aux roues 36. Le moteur 32 thermique comprend plusieurs cylindres 38 identiques, dans cet exemple trois. Chaque cylindre 38 comporte dans le cas ici représenté au moins une soupape d'admission d'air 39 et au moins une soupape d'échappement 40 des gaz brûlés. Des moyens d'actionnement appropriés assurent l'ouverture et la fermeture à des instants déterminés des soupapes d'admission 39 et d'échappement 40 au cours du cycle moteur. Le cycle moteur est par exemple un cycle classique à quatre temps (admission, compression, détente, échappement). Le moteur 32 thermique peut comprendre un répartiteur 41 d'air d'admission destiné à apporter l'air aux cylindres 38 via les soupapes d'admission ainsi qu'un collecteur 42 de gaz d'échappement destiné à évacuer les gaz brûlés via les soupapes d'échappement 40. Le moteur 32 thermique comprend encore des moyens de contrôle du débit d'air admis, non représentés, tel qu'une vanne papillon, disposé dans la ligne d'admission. On désignera classiquement par Avance Ouverture Admission, AOA, l'instant au cours du cycle moteur pour lequel la soupape d'admission 39 s'ouvre et par Retard Fermeture Echappement, RFE, l'instant au cours du cycle moteur pour lequel la soupape d'échappement 40 se ferme. Ces instants peuvent classiquement s'exprimer en degré vilebrequin ou DV. On peut alors parler de calage admission et de calage échappement par rapport à la position du vilebrequin du moteur. Une unité 50 de contrôle moteur assure notamment la commande du moteur thermique 32 et de ses organes ainsi que de la machine électrique 37, au cours du fonctionnement du véhicule 30. L'unité 50 de contrôle moteur peut assurer une phase de transition entre un mode thermique pendant lequel la traction est assurée pleinement par le moteur thermique 32 à un mode électrique où la traction est assurée pleinement par la machine électrique 37, ou inversement tel que déjà présenté aux figures 2a à 2d. Le couple de pertes par pompage, CMI, de la boucle basse pression dû aux phases d'admission et d'échappement dans les cylindres peut être relié à la pression d'admission par une fonction affine : CMI = A - Padm + B Avec la pression d'admission Padm en bar et le couple de pertes par pompage, CMI, en N.m, A et B des coefficients numériques. Il a été constaté par la demanderesse que pour chaque réglage d'Avance Ouverture à l'Admission, AOA, et de Retard de Fermeture à l'Echappement, RFE, et pour un régime moteur NMTH déterminé, nous obtenons une droite quasiment parfaite reliant la pression d'admission Padm, aux pertes par pompage, CMI, comme illustré sur la figure 4. L'exemple présenté à la figure 4 présente l'évolution du couple de pertes par pompage, CMI, en fonction de la pression d'admission Padm pour un essai moteur réalisé dans les conditions suivantes : -Régime moteur, NMTH = 3000 tr/min, -Avance Ouverture à l'Admission, AOA = -40 DV, -Retard de Fermeture à l'Echappement, RFE = -5 DV, Les losanges représentent les résultats expérimentaux tandis que la courbe 51 représente une droite de régression linéaire d'équation : CMI = 3,1544 - Padm + 8,7772 Le coefficient de détermination noté R2=0,998 indique une relation linéaire presque parfaite entre la pression d'admission Padm, et les pertes par pompage, CMI. Partant de cette constatation, conformément à l'invention l'estimation du couple de pertes par pompage, CMI, au cours d'une phase de transition totale du mode thermique au mode électrique ou inversement, comprend les étapes consistant à: -déterminer le régime courant, NMTH, du moteur thermique, -déterminer l'Avance Ouverture Admission, AOA, courante, -déterminer le Retard Fermeture Echappement, RFE, courante, -déterminer la pression d'admission, Padm, courante, et -estimer le couple de pertes par pompage, CMI, à partir d'une relation linéaire établissant ledit couple de perte par pompage en fonction de la pression d'admission Padm, aux régime moteur NMTH, Avance Ouverture Admission, AOA, et Retard fermeture échappement, RFE, courants déterminés. Ainsi l'évolution du couple de pertes par pompage, CMI, est suivie, ce qui permet d'ajuster tout au long de la transition la consigne de couple du moteur électrique. Afin de pouvoir établir rapidement et précisément le couple de pertes par pompage, CMI, dans un mode de réalisation préféré, celui-ci est obtenu à partir d'une cartographie établissant les coefficients A et B de la relation linéaire en fonction seulement des trois paramètres que sont le régime moteur, l'Avance Ouverture Admission, et le Retard fermeture échappement. La figure 5 présente un exemple d'une telle cartographie dite tridimensionnelle ou 3D, car fonctionnant avec trois paramètres d'entrée. La cartographie peut être intégrée dans l'unité de contrôle moteur 50. A partir de cette cartographie, nous souhaitons déterminer la perte par pompage d'un moteur à un régime moteur, NMTH; courant déterminé, un réglage ouverture admission AOAMTH courant déterminé et un retard fermeture échappement RFEMTH; courant déterminé. Par exemple, pour un point de fonctionnement courant, d'indice MTH au régime NMTH = 2750 tr/min avec un réglage ouverture admission AOAMTH = -36° et un retard fermeture échappement RFEMTH = -12° nous donnerons la notation Ain(2750) et BIC(2750) aux coefficients A et B correspondants. La figure 6 présente un extrait générique de la cartographie présenté en figure 5, à un régime moteur Nk fixé (par exemple 1000, 2000 ou 3000 tr/min sur la figure 5), pour le coefficient A. Les indices i et i+1 désignent les valeurs cartographiées de l'avance ouverture admission encadrant l'avance ouverture admission AOAMTH courante. Les indices j et j+1 désignent les valeurs cartographiées du retard fermeture échappement encadrant le retard fermeture échappement RFEMTH courant. Le régime courant NMTH est lui-même encadré par les régimes Nk et Nk+1. Dans son principe, l'estimation du couple de pertes par pompage (CM1mTH) courant comprend l'estimation des coefficients de la relation linéaire, AZ311, BrnTe, au régime courant déterminé, NMTH, par interpolation linéaire des coefficients cartographiés puis un calcul du couple de pertes par pompage, CM1mTH par la relation linéaire avec les coefficients estimés : Le calcul des coefficients A et B s'effectuant par interpolation linéaire, le coefficient A au régime Nk est obtenu ainsi : A' - AlmTH(Nk)= + (RFEMTH - RFEL) RFE't+i- RFEi - AIMET1H(Nk) = Ali+1 + (RFEMTH - RFE,) RFEi AJ AmTH(N )- AJ',+1 - MTH (-k mTH (AOAMTH - A0A,) -TH MTH AOili+i - AOAL Le même calcul est réalisé au régime Nk-Fi - Le coefficient A au régime NMTH est ensuite obtenu par : egl( i AnTH(Nk+1)- AmTH(Nk) iiNmTH)=AmTH(Nk)(NmTH Nk) Nk+1 - Nk La même méthodologie s'applique pour le coefficient B, au régime Nk : (N = B' + (RFEMTH - RFED 13+1- Bi MTH k RFEt+i- RFEL Bi 13;77,1H(Nk) = ' + (RFEMTH - RFE,) RFE i+i- RFEL Bi+1 Bi Brii(Nk)= BijITH (110AmTH AOAt) MTH MTH AOAt+i - AOAt Le même calcul est réalisé au régime Nk+i- 15 20 Le coefficient B au régime NMTH est alors obtenu par : Br!' (NMTH) - BilITH(Nk) (NMTH - Nk) leTH(Nk+1) Bii.ITH(Nk) Nk-Fi Nk Le couple de pertes par pompage, CMIMTH , au régime moteur courant, NMTH, est alors obtenu en fonction de la pression d'admission, Padm, par la relation linéaire: CMIMTH - An TH, - iaNm P - adm Bra (NMTH) L'unité 50 de contrôle moteur peut former les moyens permettant aussi la mise en oeuvre du procédé d'estimation de l'invention. Les fonctions d'interpolations sont intégrées dans l'unité de contrôle moteur 50 et ne nécessitent pas de puissance de calcul importante. Ces opérations de calcul sont très simples et très rapide à effectuer. Comme à chaque pas de temps de calcul le réglage de AOA et de RFE sera différent du fait de son changement d'état, on pourra recalculer la perte par pompage du moteur à chaque pas de calcul en fonction des valeurs courantes de la pression d'admission, du régime moteur et des réglages de l'avance ouverture admission et du retard fermeture échappement et donc du couple à appliquer par la machine électrique pour respecter la consigne de couple à la roue. En variante, on pourrait calculer les pertes par pompages des quatre points d'appuis des cartographies, c'est-à-dire calculer quatre pertes par pompages à partir des quatre couples de coefficients : (4TH, BilviTH) (ArIl BiNITH\, ) (Ar+7111 B nT111 (Ajm-FT1H B jj/iFT1H) et ensuite faire l'interpolation linéaire des quatre pertes par pompage obtenues pour obtenir le couple de pertes par pompage, CMIMTH , au régime moteur courant, NMTH. L'utilisation de ce procédé d'estimation dans la structure couple d'un véhicule hybride tel que décrit ci-dessus va permettre d'amener des prestations de transitoire de mode très importantes et donc un confort accru pour l'utilisateur du véhicule que ne ressentira aucune rupture de couple lors des transitoires de modes. La figure 7 illustre sous forme de diagramme le procédé de détermination de la consigne de couple à appliquer à la machine électrique 37 (figure 3) durant une phase de transition totale d'un mode thermique à un mode électrique ou inversement. Ce procédé comprend -la détermination d'une consigne de couple à la roue, C roue, -Une étape de détermination 70 d'un couple de perte de boite de vitesse PBV. Cette étape 70 de détermination requiert en donnée d'entrée le régime, NBV, et la température d'huile, Tgv, de la boite de vitesse, -Une étape 71 de détermination d'un couple de perte moteur, PMOT, qui comprend une étape 72 de détermination d'un couple de perte par frottement PMF, et une étape d'estimation 73 du couple de pertes par pompage, CMIMTH, selon le procédé d'estimation décrit précédemment. L'étape 72 de détermination d'un couple de perte par frottement PMF, requiert en donnée d'entrée le régime, NMTH, ainsi que la température d'huile 'MOT, du moteur thermique. L'étape d'estimation 73 du couple de pertes par pompage, CMIMTH, obtenu par le procédé décrit précédemment requiert en donnée d'entrée le régime, NMTH, la pression d'admission, Padm, l'avance à l'ouverture admission AOAMTH et le retard à la fermeture échappement RFEmTH. -La détermination de la consigne de couple, C MEL, à appliquer à la machine électrique à partir du couple à la roue, C roue, et des couples de pertes déterminés, P P - PBV, - TOT- L'unité 50 de contrôle moteur peut aussi former les moyens permettant la mise en oeuvre de ce procédé de détermination de la consigne de couple, C MEL, à appliquer à la machine électrique. Dans une variante, on pourrait utiliser un indicateur de la pression d'admission, comme exemple la position du papillon, en comme donnée d'entrée en substitution de la pression d'admission. Dans ce cas l'étape d'estimation 73 du couple de pertes par pompage, comprend une étape de détermination de la pression d'admission à partir de l'indicateur de la pression d'admission. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation du couple de pertes par pompage (CMImTH) durant une phase de transition totale d'un mode thermique à un mode électrique ou inversement d'un groupe motopropulseur hybride (31) comprenant un moteur thermique (32) et une machine électrique (37), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : -Détermination du régime moteur (NMTH) courant, -Détermination de l'avance ouverture admission (AOAMTH) courante, -Détermination du retard fermeture échappement (RFEmTH) courant, -Détermination de pression d'admission (Padm) courante, -Estimation du couple de pertes par pompage (CMImTH) courant à partir d'une relation linéaire établissant ledit couple de perte moteur en fonction de la pression d'admission (Padm), au régime moteur (NmTH), Avance Ouverture Admission (AOAMTH) et Retard fermeture échappement (RFEmTH) déterminés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'estimation du couple de pertes par pompage (CMImTH) est obtenue à l'aide d'une cartographie établissant les coefficients de la relation linéaire en fonction seulement du régime moteur, de l'avance ouverture admission et du retard fermeture échappement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'estimation du couple de pertes par pompage (CMImTH) courant comprend une étape d'estimation des coefficients de la relation linéaire (AM, Bra) au régime déterminé (NmTH) par interpolation linéaire des coefficients cartographiés puis un calcul du couple de pertes par pompage (CMImTH) par la relation linéaire avec les coefficients estimés. 4. Procédé selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'estimation du couple de pertes par pompage (CMImTH) courant comprend une étape de détermination d'un indicateur de la pression d'admission et une étape de détermination de la pression d'admission à partir dudit l'indicateur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'indicateur de la pression d'admission est la position d'un papillon d'admission. 6. Procédé de détermination d'une consigne de couple (C MEL) à appliquer à une machine électrique durant une phase de transition totale d'un mode thermique à un mode électrique ou inversement d'un groupe motopropulseur hybride (31) comprenant un moteur thermique (32) et une machine électrique (37) dans lequel on détermine une consigne de couple à la roue (C roue), on détermine un couple de pertes moteur (Fmor),caractérisé en ce que l'on détermine la consigne de couple (C_MEL) à appliquer à machine électrique à partir du couple à la roue (C roue) et couple de pertes moteur (Pmor), le couple de pertes moteur (Pmor) comprenant une estimation d'un couple de pertes par pompage par un procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendication précédentes. 7. Groupe motopropulseur hybride (31) comprenant un moteur thermique (32) et une machine électrique (37), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (50) de mise en oeuvre d'un procédé d'estimation du couple de pertes par pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et d'un procédé de détermination d'une consigne de couple (C_MEL) à appliquer à la machine électrique selon la revendication 6.