Brevet FR3025474A1 — publié le 20160311

PROCEDE DE PILOTAGE DE L'ACCOUPLEMENT D'UNE MACHINE DE TRACTION D'UN VEHICULE HYBRIDE Le domaine de l'invention concerne le pilotage d'un 5 groupe motopropulseur de véhicule hybride comprenant un moteur thermique et une machine de traction, et plus précisément la commande de l'accouplement de la machine de traction. Conventionnellement, un groupe motopropulseur de véhicule hybride électrique comporte, en plus d'un moteur 10 thermique, une machine de traction électrique pouvant être accouplée et désaccouplée de la transmission de couple aux roues. La machine électrique de traction alimentée en énergie électrique par un stockeur électrique permet de réduire la consommation du véhicule en énergie fossile. 15 Plus précisément, un groupe motopropulseur hybride permet la régénération électrique du stockeur par récupération d'énergie cinétique du véhicule lors de phase de freinage. Par ailleurs, l'utilisation de la machine électrique de traction permet de tracter le véhicule soit en mode tout électrique, 20 réduisant les nuisances sonores et la consommation d'énergie fossile, soit en mode combiné avec le moteur thermique pour délester le moteur thermique ou pour augmenter les performances du véhicule, notamment l'accélération, la vitesse et la dynamique de réponse à une forte demande en couple du 25 conducteur. Le groupe motopropulseur comprend généralement un moyen d'accouplement et de désaccouplement de la machine de traction à la transmission aux roues pour éviter une consommation électrique inutile résultant d'un couple de perte machine 30 lorsque la machine de traction n'est pas utilisée. 3025474 2 A titre d'illustration, on mentionnera les documents EP2512898A1 et EP2512894A1 concernant des demandes de brevets déjà déposées par la demanderesse décrivant un moyen d'accouplement et de désaccouplement d'une machine électrique avec la transmission aux roues. En effet, la machine de traction électrique présente un couple machine de perte non négligeable. Pour une configuration donnée, la perte d'énergie peut être de l'ordre de 1.3kW si la machine de traction n'est pas pilotée pour fournir du couple. On comprend alors l'intérêt à trouver une solution de pilotage pour accoupler la machine électrique à la transmission aux roues uniquement lorsque celle-ci est utilisée soit pour fournir un couple à la transmission aux roues, soit pour récupérer de l'énergie cinétique du véhicule lors de phase de freinage. Dans ce but, la demanderesse a également déposé la demande de brevet FR2996510A1 décrivant une solution de pilotage de l'accouplement de la machine de traction lors d'un besoin important de couple aux roues. Selon ce procédé, la machine de traction est accouplée dès lors que le moteur thermique est saturé en injection et que le générateur opère un prélèvement de couple sur le moteur thermique. Il existe un besoin d'améliorer le procédé de pilotage de l'accouplement de la machine de traction pour optimiser 25 l'action de la machine de traction et réduire les pertes de machine. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de pilotage de l'accouplement d'une machine de traction à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile 30 hybride comprenant également un moteur thermique pouvant fournir un premier couple limité par un couple maximum à la transmission, un générateur entrainé en rotation par le moteur 3025474 3 thermique pouvant prélever sur le premier couple au moins un deuxième couple. Le procédé de pilotage comprend les étapes suivantes pour respecter une consigne de couple : 5 - le pilotage du moteur thermique de sorte que le premier couple soit commandé au couple maximum, - le délestage du premier couple du deuxième couple, - et l'accouplement de la machine de traction avec la transmission de sorte à fournir un troisième couple à la 10 transmission en complément du premier couple. Selon l'invention, l'accouplement est commandé lorsque le premier couple est délesté sensiblement de l'intégralité du deuxième couple. Plus précisément, le deuxième couple est un couple 15 commandé pour que le générateur recharge au moins un stockeur d'énergie. De préférence, l'accouplement est commandé en hystérésis par des seuils référencés à la valeur du couple maximum. 20 Selon une variante, l'accouplement est commandé lorsque des critères de confirmation de dépassement des seuils sont vérifiés. Plus précisément, la consigne de couple est supérieure à la valeur du couple maximum. L'invention prévoit également un dispositif de pilotage de l'accouplement d'une machine de traction à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile hybride, ce dispositif comprenant les moyens pour la mise en oeuvre du 3025474 4 procédé de pilotage selon l'une quelconque des variantes décrites précédemment. L'invention prévoit également un véhicule automobile hybride comprenant le dispositif de pilotage de l'accouplement 5 d'une machine de traction à une transmission. L'invention prévoit un programme informatique comportant des instructions lisibles par un dispositif de calcul, comportant un processeur lié à une mémoire programmable, pour commander un dispositif de pilotage de 10 l'accouplement d'une machine de traction à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile hybride et appliquer le procédé de pilotage selon l'une quelconque des variantes décrites précédemment. L'invention comprend un support lisible par un 15 dispositif de calcul contenant l'enregistrement du programme informatique décrit précédemment. Grâce à l'invention, l'accouplement de la machine de traction du véhicule hybride est opéré uniquement lorsque le délestage du générateur est complet. On réduit ainsi des 20 phases d'accouplement de la machine de traction qui pourraient être évitées par un délestage du générateur. Cela réduit les pertes de la machine de traction qui peuvent présenter plusieurs kilowatts à haute vitesse. Le rendement énergétique du véhicule est ainsi amélioré. 25 Un autre avantage est la réduction des pertes d'énergie électrique perdue lors de la synchronisation de la machine de traction au régime équivalent de roues. Par ailleurs, la réduction du nombre d'accouplements et désaccouplements permet de réduire le dimensionnement de la 30 pièce d'accouplement du fait d'une baisse de ses sollicitations. 3025474 5 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et 5 illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un groupe motopropulseur de véhicule hybride exploitant l'invention, - la figure 2 est un diagramme représentant le procédé de pilotage de l'accouplement de la machine de traction, 10 - la figure 3 est un graphique représentant l'évolution d'une consigne de couple et un signal d'état commandant l'accouplement de la machine de traction. L'invention s'applique de préférence à un groupe motopropulseur de véhicule hybride électrique. Un mode de 15 réalisation est décrit dans la figure 1. Le groupe motopropulseur 1 comprend un moteur thermique 11 alimenté en carburant et une machine de traction électrique 19 alimentée par une réserve d'énergie 17 régénérable, dans ce cas-ci une batterie électrique haute tension, par exemple 200 20 volt. Le moteur thermique 11 fournit un premier couple du groupe motopropulseur 1, appelé dans la suite de la description couple moteur thermique Cmot. On prendra en convention que, lorsque le couple moteur thermique Cmot est 25 positif, le moteur thermique 11 fournit du couple à la transmission et, lorsque le couple moteur thermique Cmot est négatif, le moteur thermique 11 fournit un couple de perte. Le couple moteur thermique Cmot est transmit aux roues via la transmission par l'intermédiaire d'une boite de vitesse 3025474 6 10 permettant de modifier le couple moteur thermique Cmot à la consigne de couple aux roues. On notera que, dans ce mode de réalisation, la transmission du groupe motopropulseur 1 comprend une 5 transmission avant reliée au train avant du véhicule et une transmission arrière reliée au train arrière du véhicule. D'autres types de transmission peuvent être envisagés selon la disposition des moyens de traction du véhicule, par exemple lorsque tous les moyens de traction sont reliés à un unique 10 train de roues. Le groupe motopropulseur 1 comprend également un moyen de couplage et découplage du moteur thermique 1 à la transmission avant, de type embrayage non représenté sur le figure 1, et permet d'ouvrir ou fermer la transmission avant. 15 Par ailleurs, le groupe motopropulseur 1 comprend un onduleur 18 et un convertisseur de tension 15, l'ensemble permettant ainsi de convertir un courant alternatif issu du générateur 13 et de la machine électrique 19 en tension continue. Un réseau électrique haute tension relie la batterie 20 17, la machine électrique 19 et le convertisseur de tension 15, et un réseau basse tension, typiquement 12v, relie le convertisseur 15 et la batterie 16 et le démarreur électronique 14. Le générateur 13 prélève un deuxième couple sur le 25 couple moteur thermique Cmot et génère de l'énergie électrique pour des consommateurs d'un ou des réseaux électriques du groupe motopropulseur. Plus précisément, le deuxième couple concerne le couple de prélèvement pour la régénération de l'un des stockeurs électriques 16 ou 17 ou des deux à la fois. Dans ce mode de fonctionnement le générateur 13 est piloté par une consigne de couple. Le deuxième couple peut être commandé à une valeur prédéfinie dépendant des caractéristiques des 3025474 7 stockeurs électriques ou à une valeur nulle si la régénération des stockeurs est arrêtée. Dans la suite de la description, le deuxième couple est appelé couple de prélèvement Cprel. On prendra en convention que, lorsque le couple de 5 prélèvement Cprel est positif, le générateur 13 fournit un couple au moteur thermique, par exemple pour une assistance au démarrage du moteur thermique 11 et, lorsque le couple de prélèvement Cprel est négatif, le générateur 13 fournit de l'énergie électrique à des équipements électrique du groupe 10 motopropulseur 1. On notera également que le moteur thermique 11 et le générateur 13 sont accouplés par une courroie d'accessoires 12. On notera que le générateur 13 peut être une machine 15 réversible réalisant soit la fonction de générateur d'énergie, soit la fonction de moteur s'il est alimenté en énergie. Ce pilotage particulier du générateur 13 n'est pas décrit ici. La machine de traction électrique 19 est reliée à la transmission arrière du véhicule et fournit un troisième 20 couple, appelé dans la suite de la description couple machine de traction Cmelar. Il est bien entendu prévu que la machine de traction 19 soit réversible, réalisant soit la fonction de générateur d'énergie, soit la fonction de moteur s'il est alimenté en énergie. 25 On prendra en convention que, lorsque le couple machine de traction Cmelar est positif, la machine de traction 19 fournit une force de traction aux roues du véhicule et lorsque le couple machine de traction est négatif, la machine de traction 19 fournit une force de freinage, pouvant être 30 utilisée notamment lors de récupération d'énergie cinétique. 3025474 8 On notera qu'un moyen d'accouplement et de désaccouplement 191 relie la transmission arrière et la machine de traction électrique 19. Le moyen d'accouplement peut être un crabot, un embrayage ou tout autre dispositif 5 permettant l'accouplement mécanique de la machine de traction électrique 19 à la transmission arrière. Le moyen d'accouplement et de désaccouplement 191 est piloté par un signal de commande S acc issu d'un superviseur, par exemple par un signal d'état booléen indiquant l'ouverture ou la 10 fermeture du moyen d'accouplement. Il est également prévu dans d'autres modes de réalisation que la machine de traction 19 soit de type machine hydraulique, machine thermique ou tout autre type de machine capable de fournir un couple à la transmission. 15 Par ailleurs, dans une variante de groupe motopropulseur non représentée ici, la machine de traction 19 transmet un couple à la transmission avant via un moyen d'accouplement ou de répartition de puissance mécanique. En outre, il est essentiel que le groupe motopropulseur 20 1 soit piloté par un superviseur électronique, non représenté sur la figure 1, afin de coordonner les équipements du groupe motopropulseur. Ce superviseur peut être un circuit intégré pouvant être constitué de un ou plusieurs calculateurs selon la stratégie de décentralisation de l'intelligence. Par 25 exemple, des calculs spécifiques à un composant peuvent être exécutés au niveau du composant même. On comprend donc que le superviseur ne se limite pas à un unique composant de calcul mais peut être un ou plusieurs calculateurs du système. Le superviseur est programmé pour piloter le moteur 30 thermique 11, le générateur 13 et la machine de traction électrique 19 par diverses requêtes pouvant être des requêtes 3025474 9 de régime, des requêtes de consigne de couple et des requêtes de fonctionnement tournant et d'arrêt. Plus précisément, le superviseur réalise les calculs de commande du moteur thermique 11, du générateur 13 et de la 5 machine de traction 19. Il s'agit notamment des calculs des commandes de couple. Les fonctions intervenant pour les opérations de contrôle du moteur thermique 11, du générateur 13 et de la machine de traction 19 sont les suivantes : 10 - une fonction d'interface de la volonté du conducteur permettant de récolter les informations du véhicule. Cette fonction permet de transmettre les données du véhicule au superviseur. - Une fonction de traduction de la volonté d'accélérer 15 du conducteur en la consigne de couple Ccond des fournisseurs de couple. Le superviseur calcule le couple nécessaire pour réaliser l'instruction du conducteur. - Une fonction de calcul des limitations organiques des équipements du groupe motopropulseur, plus précisément de 20 couple. - Une fonction de calcul du couple de chaque organe pour fournir le couple roue que désire le conducteur et de répartition des couples entre les différents fournisseurs de couple. Cette fonction détermine également le couple de chaque 25 organe en fonction de stratégies énergétiques du groupe motopropulseur. Des fonctions de distribution d'énergie déterminent le couple à réaliser par le moteur thermique 11, le générateur 13 et la machine de traction 19. - Une fonction de transmission d'une consigne de couple 30 vers le moteur thermique 11 accompagnée d'une requête de 3025474 10 fonctionnement ou d'arrêt du moteur. Cette dernière requête peut être codée sur un format booléen, un niveau haut indiquant un besoin de fonctionnement tournant et un niveau bas indiquant un besoin de d'arrêt du moteur. En réponse à la 5 consigne de couple moteur, le moteur thermique 11 fournit le couple moteur thermique Cmot. - Une fonction de transmission d'une consigne de couple vers le générateur 13. Cette fonction intervient notamment lorsque le superviseur commande le couple de prélèvement 10 Cprel. - Une fonction de transmission d'une consigne de couple vers la machine de traction 19. Cette fonction intervient notamment lorsque le superviseur commande le couple de machine de traction Cmelar, par exemple pour compléter le couple 15 moteur thermique Cmot lorsque celui-ci n'est pas suffisant pour répondre à la consigne conducteur Ccond. Les consignes de couples à destination du moteur thermique 11, du générateur 13 et de la machine de traction 19 dépendent de la volonté du conducteur, du mode de motorisation 20 du véhicule et de données de statut des équipements électroniques dont l'alimentation dépend des stratégies d'optimisation énergétique. Il est utile de préciser que le moteur thermique 11 est encadré par un couple minimum et par un couple maximum Cmax à 25 un instant donné, dépendant des paramètres de roulage courant. Lorsque le moteur fournit le couple maximum celui-ci est saturé en injection. Le couple maximum Cmax correspond au couple résultant maximum du moteur thermique 11 pouvant être transmis à la 30 transmission. Dans notre exemple, le couple maximum Cmax est le couple brut de sortie du moteur thermique 11 auquel est 3025474 11 prélevé le couple de génération d'énergie électrique pour l'alimentation du réseau de bord. On considère dans cette configuration du véhicule que le couple de prélèvement pour l'alimentation du réseau de bord est vital pour le bon 5 fonctionnement du véhicule et est donc prélevé en permanence. La figure 2 représente les phases du procédé de pilotage de l'accouplement de la machine de traction permettant de respecter une consigne de couple issue du conducteur, en particulier lors d'une accélération ou lors 10 d'une vitesse importante du véhicule. La consigne de couple Ccond se traduit alors par une commande de couple à la transmission qui est supérieure au couple maximum Cmax du moteur thermique 11. Dans une première phase 21, la consigne de couple Ccond 15 est inférieure au couple maximum Cmax lesté du couple de prélèvement Cprel du générateur 13. Le superviseur commande le signal de commande d'accouplement S acc à l'état bas. Dans cette situation, la machine de traction 19 n'est pas accouplée à la transmission. 20 Dans une deuxième phase 22, si le besoin du conducteur augmente, la consigne de couple Ccond est alors supérieure au potentiel de couple correspondant au couple maximum Cmax lesté du couple de prélèvement Cprel du générateur 13 et est inférieure au couple Cmax. Le superviseur pilote alors le 25 moteur thermique 11 de sorte que le couple moteur thermique Cmot soit commandé au couple maximum Cmax, et commande un délestage graduel du couple moteur Cmot du couple de prélèvement Cprel. Pour respecter la consigne de couple Ccond au moyen du couple moteur Cmot, le superviseur commande 30 graduellement la diminution de la régénération du ou des stockeurs 16, 17 par le générateur 13. Le couple de prélèvement Cprel est alors diminué jusqu'à être nul. Le 3025474 12 superviseur commande le signal de commande d'accouplement S_acc à l'état bas. Dans cette situation, la machine de traction 19 n'est pas accouplée à la transmission. Ceci permet d'éviter des pertes de machine et des pertes d'accouplement 5 durant la synchronisation de la machine de traction au couple aux roues. Le groupe motopropulseur est en effet capable de répondre au besoin conducteur par le délestage du couple de prélèvement Cprel sur le moteur thermique 11. Ensuite, dans une troisième phase 23, si le besoin de 10 la consigne de couple issue du conducteur augmente, la consigne de couple Ccond est supérieure au couple maximum Cmax. A un instant donné, le couple moteur thermique Cmot est alors délesté sensiblement de l'intégralité du couple de prélèvement Cprelv. Cette condition provoque la commande par 15 le superviseur de l'accouplement de la machine de traction 19 avec la transmission de sorte à fournir le couple de la machine de traction Cmelar à la transmission en complément du couple moteur thermique Cmot pour respecter la consigne de couple Ccond. Le superviseur commande le signal de commande 20 d'accouplement S_acc à l'état haut. Dans cette situation, la machine de traction 19 est accouplée à la transmission et fournit un couple Cmelar au train arrière. L'accouplement est réalisé par une opération de crabotage du moyen d'accouplement 191 ou une opération d'embrayage. 25 Lorsque, dans une quatrième phase 24, la consigne de couple Ccond redevient inférieure au couple maximum Cmax, du fait d'une réduction du besoin du conducteur, le couple moteur thermique Cmot est suffisant pour réaliser la consigne de couple Ccond. Le superviseur commande le signal de commande 30 d'accouplement S_acc à l'état bas. Dans cette situation, la machine de traction 19 n'est pas accouplée à la transmission. 3025474 13 La consigne de couple Ccond exploitée pour la détermination de la commande S_acc peut être la consigne de couple aux roues pour tous les fournisseurs de couple du groupe motopropulseurs (train avant et train arrière) ou la 5 consigne de couple pour le train avant uniquement, sur lequel sont montés le moteur thermique 11 et le générateur 13 dans ce mode de réalisation. La figure 3 représente plus précisément l'élaboration du signal de commande S_acc pilotant le moyen d'accouplement 10 191 pour l'accouplement et désaccouplement de la machine de traction 19. Lorsque le couple moteur thermique Cmot est délesté sensiblement de l'intégralité du couple de prélèvement Cprel, la consigne de couple Cond est proche de la valeur de couple maximum Cmax. On entend par sensiblement le fait que le 15 changement d'état du signal S_acc peut être commandé à des seuils référencés à partir de la valeur du couple maximum Cmax. De préférence, l'accouplement est commandé en hystérésis par des seuils SH1, SH2 dépendant au moins de la 20 valeur du couple maximum Cmax. Dans ce mode de réalisation, les seuils SH1 et SH2 sont référencés à partir du couple maximum Cmax et sont calculés dynamiquement à partir de plusieurs données de roulage courantes, par exemple la vitesse du véhicule, la pente de la route, la masse du véhicule, le 25 mode de roulage, etc...). A titre d'exemple non limitatif, les seuils SH1 et SH2 sont inclus dans les plages de valeurs suivantes, indiquées en Nm dans le référentiel vilebrequin du moteur thermique 11: - Cmax: 300Nm, 30 - SH1: 0 à 10Nm ou 0 à 5% de Cmax, - SH2: 10 à 20Nm ou 5 à 10% de Cmax, 3025474 14 - ISH11 REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage de l'accouplement d'une machine 5 de traction (19) à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile hybride comprenant également un moteur thermique (11) pouvant fournir un premier couple (Cmot) limité par un couple maximum (Cmax) à la transmission, un générateur (13) entrainé en rotation par le moteur thermique (11) pouvant 10 prélever sur le premier couple (Cmot) au moins un deuxième couple (Cprel), le procédé de pilotage comprenant les étapes suivantes pour respecter une consigne de couple (Ccond) : - le pilotage du moteur thermique (11) de sorte que le premier couple (Cmot) soit commandé au couple maximum (Cmax), 15 - le délestage du premier couple (Cmot) du deuxième couple (Cprel), - et l'accouplement de la machine de traction (19) avec la transmission de sorte à fournir un troisième couple (Cmelar) à la transmission en complément du premier couple 20 (Cmot), le procédé étant caractérisé en ce que l'accouplement est commandé lorsque le premier couple (Cmot) est délesté sensiblement de l'intégralité du deuxième couple (Cprel). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que le deuxième couple (Cprel) est un couple commandé pour que le générateur (13) recharge au moins un stockeur d'énergie (17) . 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'accouplement est commandé en hystérésis par des 3025474 17 seuils (SH1, SH2) référencés à la valeur du couple maximum (Cmax). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accouplement est commandé lorsque des critères (C1, C3) 5 de confirmation de dépassement des seuils (SH1, SH2) sont vérifiés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne de couple (Ccond) est supérieure à la valeur du couple maximum (Cmax). 10 6. Dispositif de pilotage de l'accouplement d'une machine de traction (19) à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile hybride, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes. 7. Véhicule automobile hybride comprenant un dispositif de pilotage de l'accouplement d'une machine de traction (19) une transmission, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage est conforme à la revendication 6. 20 8. Programme informatique comportant des instructions lisibles par un dispositif de calcul, comportant un processeur lié à une mémoire programmable, pour commander un dispositif de pilotage de l'accouplement d'une machine de traction à une transmission d'un groupe motopropulseur de véhicule automobile 25 hybride et appliquer le procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 9. Support lisible par un dispositif de calcul contenant l'enregistrement du programme informatique selon la revendication 8. 30