Brevet FR3005918A1 — publié le 20141128

PROCEDE DE CONTROLE DE COHERENCE DU COUPLE DELIVRE PAR UNE MACHINE ELECTRIQUE DE TRACTION D'UN VEHICULE HYBRIDE, EN FONCTION DE LA DEMANDE DU CONDUCTEUR La présente invention concerne pour un véhicule hybride comportant un moteur thermique et au moins une machine électrique de traction, un procédé de contrôle de la cohérence du couple entre ces deux motorisations, ainsi qu'un véhicule hybride mettant en oeuvre un tel procédé. Un type de véhicule hybride connu, présenté notamment par le document FR-A1-2955533, comporte un moteur thermique entraînant les roues avant, qui peut être du type essence ou Diesel, associé à une deuxième motorisation comprenant une machine électrique de traction alimentée par des batteries, qui entraîne les roues arrière. La machine électrique peut fonctionner en moteur délivrant un couple de traction sur les roues arrière, en prélevant une énergie électrique dans les batteries, ou en générateur recevant un couple de ces roues arrière, en récupérant l'énergie cinétique du véhicule pour produire un courant de recharge de ces batteries. On peut ainsi réaliser différents modes de fonctionnement, comportant notamment un mode hybride associant les deux motorisations pour réduire la consommation d'énergie, un mode électrique ou « ZEV » utilisant uniquement la motorisation électrique, qui est sans émission de gaz polluants, un mode avec quatre roues motrices « E-AWD » utilisant les deux motorisations pour entraîner les deux trains du véhicule afin d'améliorer la motricité et la tenue de route de ce véhicule, et un mode sport favorisant les performances du véhicule. Le procédé de fonctionnement décrit dans le document cité, comporte une optimisation de la répartition du couple délivré par les deux motorisations sur chaque train avant ou arrière, suivant le temps écoulé depuis le déclenchement d'une fonction de régulation du freinage. On peut ainsi limiter la durée de fonctionnement du mode avec quatre roues motrices, afin de réduire la consommation du véhicule. Toutefois pour ce type de véhicule comprenant une motorisation des deux trains avant et arrière, dans certains cas la commande des motorisations peut comporter une instabilité qui donne une incohérence de couple entre elles. La combinaison de deux couples opposés peut entraîner une perte d'adhérence du véhicule, et causer un accident. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé de contrôle de la cohérence du couple délivré par une machine électrique de traction d'un véhicule hybride comprenant un moteur thermique, ces motorisations transmettant chacun leur couple sur un train différent du véhicule suivant une répartition établie par une fonction de répartition du couple, caractérisé en ce que suivant la position marche avant ou arrière du véhicule demandée par le conducteur, il calcule en fonction du couple de consigne de la machine électrique et de sa vitesse de rotation, une limitation de la valeur de couple maximal délivrable par cette machine, qui est cohérente avec la demande du conducteur. Un avantage de ce procédé de contrôle de la cohérence du couple, est qu'en utilisant par exemple directement l'information du levier de commande de la transmission manoeuvré par le conducteur, on obtient de manière directe un couple limite imposé à la machine électrique, qui évite une opposition de couple entre les deux motorisations pouvant entraîner une perte d'adhérence du véhicule. Le procédé de contrôle de la cohérence du couple selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, dans le cas d'une demande du conducteur pour une marche avant, la limitation interdit une majeure partie du quadrant de 30 commande de la machine électrique comprenant une vitesse de rotation en marche arrière et un couple négatif. Avantageusement, dans le cas d'une demande du conducteur pour une marche arrière, la limitation interdit une majeure partie du quadrant de commande de la machine électrique comprenant une vitesse de rotation en marche avant et un couple positif. Avantageusement, en dessous d'un seuil faible de vitesse négative ou au-dessus d'un seuil faible de vitesse positive, le couple négatif minimal ou le couple positif maximal est constant avec une faible valeur. Avantageusement, au-dessus du seuil faible de vitesse négative ou en dessous du seuil faible de vitesse positive, et jusqu'à la vitesse nulle, le couple négatif minimal est décroissant, ou le couple positif maximal est croissant. Avantageusement, le procédé transmet la limitation de la valeur de couple à une première fonction qui limite la demande globale de couple venant d'une fonction de traduction de volonté conducteur suivant le choix du mode de fonctionnement du véhicule fait par ce conducteur. Avantageusement, le procédé transmet la limitation de la valeur de couple à la fonction de répartition du couple. L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique de traction, transmettant chacun leur couple sur un train différent de ce véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de contrôle de cohérence du couple délivré par la machine électrique, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, le moteur thermique peut entraîner par une transmission les roues avant, et la machine électrique peut entraîner les roues arrière. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple et de manière non limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un véhicule hybride mettant en oeuvre le procédé de contrôle de la cohérence du couple selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma présentant les principales fonctions de contrôle des motorisations de ce véhicule ; - la figure 3 est un schéma présentant les limitations de la demande globale de couple et de la consigne de couple de la machine électrique ; - la figure 4 est un graphique présentant sur les quatre quadrants de fonctionnement de la machine électrique, la limitation de couple en marche avant ; et - la figure 5 est le même graphique présentant la limitation de couple en marche arrière. La figure 1 présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 constituant une première motorisation entraînant les roues avant 6 par une transmission 4. Le moteur thermique 2 comporte un démarreur électrique 8, alimenté en courant par une batterie basse tension 10. La transmission 4 peut être réalisée suivant les différents types connus, comprenant notamment les boîtes de vitesses manuelles, les boîtes de vitesses robotisées et les transmissions automatiques. Dans tous les cas, le conducteur dispose d'un levier permettant de commander une marche avant en engageant un rapport de vitesse de marche avant ou une position « Drive », et une marche arrière en engageant le rapport de marche arrière ou la position « Reverse ». Une machine électrique auxiliaire 12 est couplée en permanence au moteur thermique 2, afin de l'assister dans son fonctionnement. Une machine électrique principale 20 constitue une deuxième motorisation qui peut être couplée aux roues arrière 22 du véhicule. Les deux machines électriques 12, 20 sont reliées à un onduleur 14, qui est lui-même relié à un système de stockage principal d'énergie électrique 16, comme des batteries hautes tension, permettant de délivrer ou de recevoir une puissance électrique importante. Un convertisseur de courant DC-DC 18 est interposé entre la batterie basse tension 10 et les batteries haute tension 16, afin de recharger si nécessaire cette batterie basse tension à partir d'une énergie prélevée dans 3005 9 18 5 les batteries haute tension, avec une adaptation de la tension du courant réalisée par le convertisseur. Le véhicule hybride peut ainsi fonctionner avec différents modes de roulage, comprenant un mode hybride associant les deux motorisations 2, 5 20, un mode électrique ou « ZEV » utilisant uniquement la machine électrique principale 20, le moteur thermique 2 étant arrêté et la transmission 4 étant au point mort, un mode avec quatre roues motrices et un mode sport utilisant les deux motorisations pour entraîner les deux trains du véhicule. La combinaison des deux machines électriques 12, 20 et du moteur 10 thermique 2, permet de diminuer la consommation du véhicule en récupérant son énergie cinétique quand le conducteur relâche la pédale d'accélérateur, et exprime par là une demande de couple négatif donnant un freinage de ce véhicule. Les deux machines électriques 12, 20 produisent alors un courant de recharge de la batterie haute tension 16. 15 On peut avoir le même cas de fonctionnement pour un véhicule en marche arrière, avec une demande de freinage du véhicule dans ce sens de marche. Cependant, la combinaison des commandes des deux motorisations 2, 20 utilisant les deux sources d'énergie électrique et thermique, peut dans 20 certains cas donner une incohérence entre ces commandes, qui génère une instabilité du véhicule. La figure 2 présente une fonction définissant des limites organiques brutes 30, qui pour chaque machine électrique 12, 20 et suivant leurs conditions de fonctionnement, définit le couple maximal et le couple minimal, 25 disposant chacun d'une valeur nominale et d'une valeur crête. Ces valeurs de couple sont délivrées à une fonction 32 mettant en oeuvre le procédé de contrôle de la cohérence du couple selon l'invention, qui calcule les limitations de couple de la machine électrique 20. Une fonction d'interprétation de la volonté du conducteur 34 reçoit 30 différentes informations sur le fonctionnement du véhicule, comprenant la demande de couple du conducteur exprimée par la pression sur la pédale 3005 9 18 6 d'accélérateur. Le résultat est transmis à la fonction mettant en oeuvre le procédé de limitation du couple 32, ainsi qu'à une fonction de traduction de volonté conducteur 36 qui calcule la consigne de couple demandée par le conducteur, et émet une demande globale de couple 48. 5 La fonction mettant en oeuvre le procédé de limitation de couple 32 envoie une information à la fonction de traduction de volonté conducteur 36, ainsi qu'à une fonction de choix des points de fonctionnement des différentes motorisations 38 qui envoie une consigne de couple au moteur thermique 2, à la machine électrique principale 20 et à la machine électrique auxiliaire 12. 10 La figure 3 présente une première fonction 40 qui limite la demande globale de couple 48 venant de la fonction de traduction de volonté conducteur 36, suivant le choix du mode de fonctionnement du véhicule fait par ce conducteur, pour obtenir une demande globale limitée de couple 44. La demande globale limitée de couple 44 est traitée par une fonction de 15 répartition du couple 46, qui délivre une consigne de couple au train avant 54 pour commander le moteur thermique 2, et une consigne de couple au train arrière 50 qui passe par un deuxième type de limitation 52 pouvant autoriser suivant les conditions de fonctionnement, des couples crête sur la machine électrique principale 20 du train arrière. 20 Les figures 4 et 5 présentent les quatre quadrants de fonctionnement de la machine électrique principale 20. L'axe horizontal représente la vitesse V de cette machine 20 qui est positive pour une marche avant du véhicule, et l'axe vertical le couple délivré C qui est positif pour une traction du véhicule vers l'avant. 25 Par construction, la machine électrique 20 peut délivrer un couple compris entre une valeur minimale négative Cmin et une valeur maximale positive Cmax. On notera que quand la machine électrique 20 est liée aux roues arrière 22, sa vitesse est une fonction linéaire de la vitesse des roues arrière, qui 30 peut servir de référence pour les calculs du procédé selon l'invention. On obtient pour la machine électrique 20, un premier quadrant de fonctionnement 60 correspondant à la délivrance d'un couple moteur C positif avec une vitesse V positive, qui entraîne le véhicule vers l'avant, et un deuxième quadrant 62 correspondant à la délivrance d'un couple moteur C négatif avec une vitesse V négative, qui entraîne le véhicule vers l'arrière. Dans ces deux cas la machine électrique 20 consomme une énergie électrique venant de la batterie haute tension 16. On obtient aussi pour cette machine électrique 20, un troisième quadrant de fonctionnement 64 correspondant à la délivrance d'un couple moteur C positif avec une vitesse V négative, qui freine le véhicule reculant vers l'arrière, et un quatrième quadrant 66 correspondant à la délivrance d'un couple moteur C négatif avec une vitesse V positive, qui freine le véhicule avançant vers l'avant. Dans ces deux cas la machine électrique 20 délivre un couple de freinage qui produit une énergie électrique rechargeant la batterie haute tension 16. Le principe du procédé de contrôle de la cohérence de couple est d'introduire une limitation permettant d'éviter une commande de la machine électrique 20, donnant un couple incohérent qui s'oppose au sens de marche demandé par le conducteur. Cette incohérence peut venir en particulier de la fonction de répartition du couple 46, ou d'une erreur de calcul de couple par les logiciels. On notera que la fonction de répartition du couple 46 prenant en compte un grand nombre de paramètres, comme la gestion des changements de rapport de la transmission 4, la gestion de l'agrément, la gestion d'un système de stabilisation du véhicule du type « ESP », ou la gestion des modes de conduite, entraîne une grande complexité pouvant produire dans certains cas cette incohérence. Le procédé selon l'invention va effectuer directement un contrôle de cohérence entre le couple délivré par la machine électrique 20, et la position 30 d'un levier de commande manoeuvré par le conducteur, demandant la marche avant ou la marche arrière du véhicule. La limitation établie par ce procédé est prise en compte à la fois par la fonction assurant le premier type de limitation 40 et par la fonction de répartition du couple 46, afin d'obtenir un effet sur toute la structure de commande des motorisations 2, 20. Cette limitation permet de sécuriser la consigne de couple face à une erreur de calcul. Le principe de cette limitation est d'interdire une majeure partie du quadrant qui s'oppose à la volonté du conducteur, cette interdiction comprenant en particulier les couples moyens et élevés. Ainsi comme présenté figure 4, pour une marche avant du véhicule demandée par le conducteur agissant sur le levier de commande de la transmission, le deuxième quadrant 62 correspondant à un entraînement du véhicule vers l'arrière par la machine électrique 20, est très limité par la zone de limitation de couple vers l'arrière 70 représentée par des hachures sur la figure, qui est interdite. Cette zone de limitation de couple vers l'arrière 70 peut être exprimée par une cartographie de couple négatif minimal délivré par la machine électrique 20, qui est constant avec une faible valeur Cl en dessous d'un faible seuil de vitesse minimale négative V1, puis au dessus décroissant suivant une pente constante pour atteindre la valeur minimale C2 à une vitesse nulle. De cette manière, on réduit progressivement le couple négatif minimal en approchant de la vitesse nulle, ce qui permet de ménager une transition progressive vers les vitesses positives du quatrième quadrant 66. On notera que la zone de limitation de couple vers l'arrière 70 n'a pas 25 d'effet pour une marche avant du véhicule, ou pour une marche arrière avec un freinage de ce véhicule comprenant la machine électrique 20 travaillant en génératrice dans le troisième quadrant 64. Comme présenté figure 5, pour une marche arrière du véhicule demandée par le conducteur agissant sur le levier de commande de la 30 transmission, le premier quadrant 60 correspondant à un entraînement du véhicule vers l'avant par la machine électrique 20, est très limité par la zone de limitation de couple vers l'avant 72 représentée par des hachures sur la figure, qui est interdite. De la même manière, cette zone de limitation de couple vers l'avant 72 peut être exprimée par une cartographie de couple positif maximal délivré par la machine électrique 20, qui est constant avec une faible valeur C3 au- dessus d'un faible seuil de vitesse maximale positive V2, puis en dessous croissant suivant une pente constante pour atteindre la valeur maximale C4 à une vitesse nulle. De cette manière, on augmente progressivement le couple positif 10 maximal en approchant de la vitesse nulle, ce qui permet de ménager une transition progressive vers les vitesses négatives. On notera que la zone de limitation de couple vers l'avant 72 n'a pas d'effet pour une marche arrière du véhicule, ou pour une marche avant avec un freinage de ce véhicule comprenant la machine électrique 20 travaillant 15 en génératrice dans le quatrième quadrant 66. On peut ainsi de manière simple et économique, avec seulement des compléments de logiciels, éviter des incohérences de fonctionnement des motorisations, ce qui améliore la sécurité. REVENDICATIONS1 - Procédé de contrôle de la cohérence du couple délivré par une machine électrique (20) de traction d'un véhicule hybride comprenant un moteur thermique (2), ces motorisations transmettant chacun leur couple sur un train différent du véhicule suivant une répartition établie par une fonction de répartition du couple (46), caractérisé en ce que suivant la position marche avant ou arrière du véhicule demandée par le conducteur, il calcule en fonction du couple de consigne de la machine électrique (C) et de sa vitesse de rotation (V), une limitation de la valeur de couple maximal délivrable par cette machine (70, 72), qui est cohérente avec la demande du conducteur. 2 - Procédé de contrôle de cohérence selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'une demande du conducteur pour une marche avant, la limitation interdit une majeure partie (70) du quadrant de commande (62) de la machine électrique (20) comprenant une vitesse de rotation (V) en marche arrière et un couple (C) négatif. 3 - Procédé de contrôle de cohérence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas d'une demande du conducteur pour une marche arrière, la limitation interdit une majeure partie (72) du quadrant de commande (60) de la machine électrique (20) comprenant une vitesse de rotation (V) en marche avant et un couple (C) positif. 4 - Procédé de contrôle de cohérence selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'en dessous d'un seuil faible de vitesse négative (V1) ou au-dessus d'un seuil faible de vitesse positive (V2), le couple négatif minimal ou le couple positif maximal est constant avec une faible valeur (C1, C3). 5 - Procédé de contrôle de cohérence selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au-dessus du seuil faible de vitesse négative (V1) ou en dessous du seuil faible de vitesse positive (V2), et jusqu'à la vitesse nulle, le couple négatif minimal est décroissant, ou le couple positif maximal est croissant. 3005 9 1 8 11 6 - Procédé de contrôle de cohérence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il transmet la limitation de la valeur de couple à une première fonction (40) qui limite la demande globale de couple (48) venant d'une fonction de traduction de volonté 5 conducteur (36) suivant le choix du mode de fonctionnement du véhicule fait par ce conducteur. 7 - Procédé de contrôle de cohérence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il transmet la limitation de la valeur de couple à la fonction de répartition du couple (46). 10 8 - Véhicule hybride comprenant un moteur thermique (2) et une machine électrique (20) de traction, transmettant chacun leur couple sur un train différent de ce véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de contrôle de cohérence du couple délivré par la machine électrique (20), réalisé selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes. 9 - Véhicule hybride selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moteur thermique (2) entraîne par une transmission (4) les roues avant (6), et la machine électrique (20) entraîne les roues arrière (22).