Brevet FR3029155A1 — publié le 20160603

PROCEDE DE CONTROLE DES CHANGEMENTS ETAT D'UNE CHAINE CINEMATIQUE La présente invention concerne les stratégies de 5 contrôle implémentées dans les unités de calcul des groupes motopropulseurs (GMP). Elle trouve une application privilégiée, mais non limitative, sur des groupes motopropulseurs comprenant au moins un moteur thermique et une machine électrique de 10 traction. Plus précisément, cette invention a pour objet un procédé de contrôle des changements d'état d'une chaîne cinématique de véhicule reliant au moins un moteur thermique et/ou une machine électrique aux roues du 15 véhicule par l'intermédiaire d'une transmission, assurant le transfert du couple du moteur thermique et/ou de la machine électrique en direction des roues, sur un ou plusieurs rapports de démultiplication. Ces états sont définis par différentes combinaisons 20 de coupleurs et de réducteurs, pour assurer le transfert du couple du moteur thermique et/ou de la machine électrique en direction des roues, sur un ou plusieurs rapports de démultiplication. L'état d'une chaîne cinématique peut donc se définir par une combinaison de coupleurs et de 25 réducteurs sollicités. La consigne d'état de la chaîne cinématique vise à optimiser le point de fonctionnement du GMP. Sur un GMP thermique, un état de chaîne cinématique peut être simplement défini par l'engagement d'un rapport et la position (ouverte ou fermée) d'un embrayage d'entrée 30 entre le moteur et la boîte. Sur un GMP hybride, sa définition est forcément plus complexe, parce qu'elle doit intégrer l'état d'une ou plusieurs machines électriques qui peuvent propulser le véhicule par le même, ou par un autre, essieu, que le moteur thermique. 35 Sur un véhicule hybride, le comportement acoustique du véhicule dépend, entre autres, de la répartition entre la puissance électrique et la puissance thermique. L'agrément de conduite, lié aux performances du GMP, -2 - dépend aussi de l'état de charge de la batterie de traction, puisque seul le moteur thermique est utilisable lorsqu'elle est déchargée. Enfin, les lois de gestion d'énergie (LGE), qui déterminent sur chaque point de fonctionnement, la répartition de puissance en respectant les contraintes de consommation et de dépollution. De même, un classement des états optimaux de la chaîne cinématique, doit également tenir compte de l'état de charge de la batterie. La chaîne cinématique d'un véhicule thermique et d'un véhicule hybride présentent par ailleurs des différences importantes : - sur un véhicule hybride, le moteur thermique n'est pas la seule source de puissance motrice ; - pour une même puissance souhaitée, il y plusieurs combinaisons possibles entre la puissance délivrée par le moteur thermique et celle délivrée par le(s) moteur(s) électrique (s) ; - selon la définition technique envisagée, la 20 puissance de la machine électrique transite, ou non, par la transmission ; - les limitations max/min statiques et dynamiques du GMP (groupe motopropulseur) hybride dépendent de l'état de charge de la batterie, de sorte qu'elles varient dans le 25 temps ; - le mode Traction électrique ou ZEV pour « Zéro Emission Vehicle » regroupe un ou plusieurs états de la chaîne cinématique spécifiques, au même titre que les rapports discrets du moteur thermique. 30 De manière générale, les phénomènes acoustiques, l'agrément de conduite, de même que le niveau de consommation et de dépollution, répondent à des contraintes particulières sur un véhicule hybride. Pour un même point de fonctionnement (Vitesse, Puissance motrice), le niveau 35 acoustique du GMP (groupe motopropulseur) dépend de la répartition entre la puissance électrique et la puissance thermique, le moteur électrique étant plus silencieux. L'agrément de conduite, lié aux performances du GMP, dépend -3 - de l'état de charge de la batterie. Si elle est chargée, il est possible d'utiliser en même temps la puissance délivrée par le moteur électrique et par le moteur thermique. Si elle est déchargée, la puissance globale disponible est réduite, car la seule source d'énergie disponible est le moteur thermique, avec une diminution possible des performances. Enfin, les exigences de consommation et de dépollution sont prises en compte dans les lois de gestion d'énergie qui établissent sur chaque état hybride, la répartition entre la puissance délivrée par le moteur thermique et celle délivrée par les machines électriques, en fonction de l'état de charge de la batterie. Par ailleurs, selon le type d'architecture hybride, les sources de motricité peuvent être implantées dans le véhicule dans différentes configurations. La, ou les, machine(s) électrique(s) sont par exemple associées aux roues arrières, au vilebrequin, à l'arbre secondaire de la boîte de vitesses, etc. Cependant, les états de la chaîne cinématique de tout véhicule hybride se définissent comme des combinaisons des organes de traction au travers, ou non, d'une transmission à plusieurs rapports. Deux états cible X et Y, peuvent ainsi être atteints de différentes manières à partir d'un état chaîne cinématique courant Z. Les changements d'état résultent de différents changements mécaniques dans la transmission, par exemple : - Un couplage de la machine électrique sans changement de ratio pour le moteur thermique, - un changement de rapport du moteur thermique avec le maintien du rapport de la machine électrique, - Un changement de rapport de la machine électrique sans moteur thermique, etc. Ains,i un changement depuis un état courant Z peut se dérouler avec une rupture totale de couple à la roue, avec une baisse du niveau de couple à la roue, ou encore sans aucune baisse du niveau de couple selon les états cible X ou Y, ou suivant les changements mécaniques réalisés par la transmission. Au travers de baisses -4 significatives d'accélération non anticipées, les baisses ou les ruptures de couple à la roue pendant les changements d'états sont perçus négativement en termes d'agrément de conduite par le conducteur et ses passagers, et dégradent les performances, comme le brio du véhicule. Le problème se rencontre par exemple sur une transmission hybride telle que décrite dans la publication W02012131259. Ce problème est illustré de la manière suivante par la figure 1, sur laquelle on a fait apparaître les courbes d'accélération maximale sur différents modes cinématiques de la transmission. Si l'on considère qu'au point de fonctionnement 1 du schéma, l'état courant de la chaîne cinématique est un rapport électrique nommé ZEV1, et que le véhicule a atteint sa vitesse maximale sur cet état, la transmission doit basculer vers un autre état de la chaîne cinématique répondant aux contraintes d'agrément associées au point 1, mais également à l'optimisation énergétique du véhicule. A partir du point 1, les états nommés HYB23, TH2, HYB33 et ZEV3 correspondant respectivement à un premier rapport hybride, un rapport thermique, un deuxième rapport hybride et un autre rapport électrique, sont admissibles du point de vue de l'agrément de conduite. Cependant, ils offrent des prestations différentes, une fois établis. Par ailleurs, les passages sur HYB 23 et TH2 peuvent être réalisés sans rupture, ni baisse d'accélération du véhicule, tandis que les passages sur ZEV 3 et HYB 33 occasionnent une chute notable de l'accélération véhicule, car la réalisation de ces états implique un passage par l'état neutre de la transmission impliquant une rupture de couple totale aux roues. Si un critère d'optimisation énergétique préconise l'état ZEV3 ou l'état HYB33, la prestation de passage vers un de ces états sera dégradée par la rupture de couple, alors qu'un passage sur les deux autres états chaînes cinématiques offrirait une meilleure prestation client, et de meilleurs performances du véhicule. Dans un tel contexte, on souhaite empêcher qu'un état de la chaîne cinématique éligible selon un critère lié - 5 - à ses prestations, mais impliquant une baisse non tolérable ou une rupture totale de l'accélération du véhicule pour être établi, soit sélectionné comme consigne. La présente invention vise à éviter l'accès à des états chaînes cinématiques provoquant une diminution de l'accélération véhicule trop importante. Elle y parvient en interdisant tout changement d'état provoquant une baisse ou une rupture de l'accélération du véhicule au-delà d'un seuil déterminé. Dans ce but, l'invention propose que l'autorisation du passage de l'état courant sur un état cible dépende de la diminution de l'accélération du véhicule sur l'état intermédiaire provoquant la plus faible accélération du véhicule pendant la transition entre l'état courant et l'état cible. On calcule de préférence la différence d'accélération du véhicule entre le point de fonctionnement effectif sur le rapport courant avant la transition, et un point de fonctionnement effectif sur l'état intermédiaire. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le calcul de la diminution d'accélération sur l'état intermédiaire dépend de l'état courant de la chaîne cinématique, d'une estimation des efforts résistants, de la consigne de force ou de couple aux roues du conducteur, et des forces maximales réalisables sur l'état courant et sur l'état intermédiaire. Ce procédé est applicable sur l'ensemble des véhicules thermiques, hybrides et électriques équipés d'une transmission automatique, présentant ou non une rupture partielle ou totale du couple de traction et possédant au moins deux états distincts de la chaîne cinématique . L'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 35 lesquels : la figure 1 illustre le problème rencontré sur un exemple, - la figure 2 est un logigramme du procédé de - 6 - l'invention, les figures 3 et4 développent deux sous-ensembles de ce logigramme, et la Figure 5 illustre l'application du procédé à l'exemple cité. Le procédé de l'invention contrôle les changements d'état d'une chaîne cinématique de véhicule reliant au moins un moteur thermique et/ou une machine électrique aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'une transmission, assurant le transfert du couple du moteur thermique et/ou de la machine électrique en direction des roues sur un OU plusieurs rapports de démultiplication. Il se décompose en plusieurs étapes conduisant à l'interdiction ou à l'autorisation du passage de la chaîne cinématique de l'état courant E crt sur un état cible E cib, en fonction de la diminution de l'accélération du véhicule qui est provoquée par la transition. Cette stratégie s'applique de manière identique pour l'ensemble des états cibles potentiels de la chaîne cinématique. Toutefois, si l'état cible considéré correspond à l'état courant, le maintien de cet état n'est pas soumis à cette stratégie. La première étape consiste à définir une donnée essentielle du passage de l'état courant E crt vers un état cible E cib. Il s'agit de l'état intermédiaire E itr provoquant la plus faible accélération véhicule entre ces deux états. Dans la plupart des cas (mais non obligatoirement), c'est la position neutre de la transmission, notamment si celle-ci entraîne une rupture totale de couple ; dans d'autres cas, c'est l'état fournissant le couple minimal durant la transition, s'il n'y a qu'une rupture partielle ou nulle du couple pendant cette dernière. Conformément à l'invention, l'autorisation du passage de l'état courant sur un état cible dépend de la diminution de l'accélération du véhicule sur l'état intermédiaire E itr provoquant la plus faible accélération du véhicule pendant la transition entre l'état courant E crtet l'état cible disponible E cib. La seconde étape a pour but de calculer la -7 - diminution de l'accélération du véhicule, qui est due au passage de l'état E crt à l'état E cib. Cette diminution dépend avant tout de l'accélération avant et pendant le passage, et donc des forces appliquées au véhicule. Ces forces sont les efforts résistants totaux appliqués au véhicule F res, la force de traction aux roues avant le changement, nommée F trac crt, et la force de traction aux roues pendant le changement, nommée F trac itr. La force de traction F trac itr est la force minimale entre la consigne de force de traction F tgt et la force maximale possible de l'état intermédiaire E itr. De manière analogue, la force F trac crt est la force minimale entre la consigne de force de traction F tgt et la force maximale possible de l'état courant E crt. Au cours d'une seconde étape, on calcule la différence d'accélération du véhicule entre le point de fonctionnement effectif sur le rapport courant E crt avant la transition, et un point de fonctionnement effectif sur l'état intermédiaire E itr. La diminution d'accélération sur l'état intermédiaire dépend de l'état courant E crt de la chaîne cinématique, d'une estimation des efforts résistants F res, de la consigne de force ou de couple aux roues du conducteur F tgt, et des forces maximales F trac crt et F trac itr, sur l'état courant et sur l'état intermédiaire. Le séquencement de la deuxième étape est le suivant a) calcul de la force servant à l'accélération du véhicule avant la transition (F accel crt) égale à la force 30 de traction (F trac crt) diminuée de l'ensemble des forces résistantes (F res), b) calcul de l'accélération effective avant le changement Accel crt, en fonction de l'inertie du véhicule et de la force F accel crt (Accel crt = F accel crt / 35 inertie véhicule), c) calcul de la force servant à l'accélération du véhicule pendant la transition (F accel itr) : il s'agit de la force de traction F trac itr soustraite de l'ensemble - 8 - des forces résistantes F res, d) calcul de l'accélération effective pendant le changement Accel itr en fonction de l'inertie du véhicule et de la force F accel itr (Accel itr F accel itr / inertie véhicule), e) calcul de la diminution de l'accélération du véhicule due à la transition de E crt à E cib : Accel dif Accel crt-Accel itr. La différence d'accélération entre l'état courant et 10 l'état intermédiaire est comparée à un seuil de diminution maximale d'accélération autorisée (Accel dif max aut), dépendant de l'état courant (E crt) et de l'état cible (E cib). Une troisième étape consiste à définir le seuil de diminution maximale de l'accélération véhicule autorisée, 15 Accel dif max aut. Ce seuil dépend des états E cib et E crt, et représente la diminution d'accélération maximale tolérée sur l'état cible. La quatrième et dernière étape de ce séquencement consiste à arbitrer les autorisations ou interdictions des 20 états cibles de la chaîne cinématique. La transition vers l'état cible E cib est interdite à partir de l'état courant E crt si la différence d'accélération Accel dif est supérieure au seuil Accel dif max aut. Elle est autorisée si cette différence est inférieure ou égale à ce même 25 seuil. Enfin, des mesures de temporisation sont mises en place pour éviter les enchaînements successifs de changements d'état, qui pourraient résulter de l'application de cette stratégie. En particulier, lorsqu'un 30 changement vers un état cible A autre que l'état B, qui aurait été choisi sans l'application du procédé, vient d'être effectué, la transition vers cet état B est interdite momentanément, même si elle est désormais autorisée à partir de l'état A. Cette interdiction est 35 maintenue pendant une temporisation dont la durée est paramétrable. En d'autres termes, une transition d'un état courant A vers un état cible B qui a été écarté lorsque la transition précédente vers l'état A a été effectuée, mais -9 qui serait autorisée à partir de l'état A, est suspendue pendant une période de temporisation. Sur la figure 5, on retrouve les courbes d'accélération de la figure 1. En considérant que les deux 5 points de fonctionnements courants 1 et 2 sont sur l'état courant HYB11, les tableaux suivant illustrent l'application du procédé pour un passage vers l'état cible ZEV3 et HYB 21 sur le point 1 (tableau 1) et sur le point 2 (tableau 2). 10 tableau 1 Cas 1 2 E_crt HYB 11 HYB 11 E_cib ZEV 3 HYB 21 E_itr Neutre ZEV1 F_res (N) 140 140 F_tgt (N) 1400 1400 Accel_crt (m/s2) 0,9 0,9 Accel_itr (m/s2) -0,1 0,9 Accel_dif (m/s2) 1 0 Accel dif max aut 0,75 1 (ml 2) E_cib Interdit Autorisé 15 tableau 2 Cas 1 2 E_crt HYB 11 HYB 11 E_cib ZEV3 HYB21 E_itr Neutre ZEV1 F_res (N) 140 140 F_tgt (N) 280 280 Accel_crt (m/s2) 0,1 0,1 Accel_itr (m/s2) -0,1 0,1 Accel_dif (m/s2) 0,2 0 Accel dif max aut 0,75 1 (ml 2) E_cib Autorisé Autorisé A partir du point de fonctionnement 1 de la figure 20 5, a) dans le cas 1 où la cible est ZEV3, l'accès à l'état ZEV3 est interdit car il provoquerait une diminution de l'accélération plus grande que le seuil maximal Accel dif max aut; en effet : 25 - l'état intermédiaire E itr pour aller à l'état cible - 10 - E cib ZEV3 est l'état neutre, - l'accélération estimée sur l'état courant est Accel crt=0,9 m/s2, - l'accélération estimée sur l'état transitoire neutre est Accel itr=-0,1 m/s2, - la diminution de l'accélération véhicule est Accel dif= 1 m/s2, - la diminution maximale d'accélération véhicule autorisée Accel dif max aut est de 0,75 m/s2 pour aller de HYB11 à ZEV3, b) dans le cas 2 où la cible est HYB21, l'état est autorisé car la diminution de l'accélération véhicule est en dessous du seuil maximal ; en effet : - l'état intermédiaire E itr pour aller à l'état cible E cib HYB21 est l'état ZEV1, - l'accélération estimée sur l'état courant est Accel crt=0,9 m/s2, - l'accélération estimée sur l'état transitoire ZEV1 est Accel itr=0,9m/s2, - la diminution de l'accélération véhicule est Accel dif= 0 m/s2, - la diminution maximale d'accélération véhicule autorisée Accel dif max aut est de 1 m/s2 pour aller de HYB11 à HYB21, A partir du point de fonctionnement 2 de la figure 5, a) dans le cas 1, où la cible est ZEV3, l'état est autorisé car la diminution de l'accélération véhicule est en dessous du seuil maximal ; en effet : - l'état intermédiaire E itr pour aller à l'état cible E cib ZEV3 est l'état neutre, - l'accélération estimée sur l'état courant est Accel crt=0,1 m/s2, - l'accélération estimée sur l'état transitoire neutre est Accel itr=-0,1 m/s2, - la diminution de l'accélération Accel dif= 0,2 m/s2, - la diminution maximale d'accélération véhicule autorisée Accel dif max aut est de 0,75 m/s2 pour aller de HYB11 à ZEV3, b) dans le cas 2 où la cible est HYB21 En 5 conséquence, l'état est autorisé car la diminution de l'accélération véhicule est en dessous du seuil maximal Accel dif max aut ; en effet : - l'état intermédiaire E itr pour aller à l'état cible E cib HYB21 est l'état ZEV1, 10 - l'accélération estimée sur l'état courant est Accel crt=0,1 m/s2, - l'accélération estimée sur l'état transitoire ZEV1 est Accel crt=0,1m/s2, - la diminution de l'accélération Accel dif= 0 15 m/s2, - la diminution maximale d'accélération véhicule autorisée Accel dif max aut est de 1 m/s2 pour aller de HYB11 à HYB21, En conclusion le procédé proposé présente de 20 nombreux avantages, parmi lesquels il faut citer : - sa facilité de mise en oeuvre, - son intervention en temps réel permettant de prendre en compte des paramètres véhicules évolutifs, comme les forces maximales sur les états de transitions, forces 25 extérieures, etc.) - son application sur l'ensemble des architectures hybrides, possédant une transmission avec au moins deux états distincts de la chaîne cinématique. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle des changements d'état d'une chaîne cinématique de véhicule reliant au moins un moteur thermique et/ou une machine électrique aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'une transmission, assurant le transfert du couple du moteur thermique et/ou de la machine électrique en direction des roues sur un ou plusieurs rapports de démultiplication, caractérisé en ce que l'autorisation du passage de l'état courant (E crt) sur un état cible (E cib) dépend de la diminution de l'accélération du véhicule sur l'état intermédiaire (E itr) provoquant la plus faible accélération du véhicule pendant la transition entre l'état courant (E crt) et l'état cible (E cib). 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule la différence d'accélération du véhicule entre le point de fonctionnement effectif sur l'état courant (E crt) avant la transition, et un point de fonctionnement effectif sur l'état intermédiaire (E itr). 3. Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le calcul de la diminution d'accélération sur l'état intermédiaire dépend de l'état courant (E crt) de la chaîne cinématique, d'une estimation des efforts résistants (F res), de la consigne de force ou de couple aux roues du conducteur F tgt, et des forces maximales (F trac crt) et (F trac itr), sur l'état courant et sur l'état intermédiaire. 4. Procédé de contrôle selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le calcul de la diminution d'accélération sur l'état intermédiaire comporte les étapes suivantes : a) calcul de la force servant à l'accélération du 35 véhicule avant la transition (F accel crt), égale à la force de traction (F trac crt) diminuée de l'ensemble des forces résistantes (F res), b) calcul de l'accélération effective avant le- 13 - changement (Accel crt), avant la transition, en fonction de la force F accel crt et de l'inertie du véhicule : Accel crt = F accel crt / inertie véhicule, c) calcul de la force servant à l'accélération du 5 véhicule pendant la transition (F accel itr), égale à la force de traction (F trac itr) diminuée de l'ensemble des forces résistantes (F res), d) calcul de l'accélération effective pendant le changement Accel itr en fonction de l'inertie du véhicule 10 et de la force F accel itr : Accel itr = F accel itr / inertie véhicule), et e) calcul de la diminution de l'accélération du véhicule : Accel dif = Accel crt - Accel itr. 5. Procédé de contrôle selon la revendication 2, 3 15 ou 4, caractérisé en ce que la différence d'accélération entre l'état courant (E crt) et l'état intermédiaire (E itr) est comparée à un seuil de diminution maximale d'accélération autorisée (Accel dif max aut), dépendant de l'état courant (E crt) et de l'état cible (E cib). 20 6. Procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que la transition vers l'état cible (E cib) est interdite à partir de l'état courant si la différence d'accélération (Accel dif) est supérieure au seuil (Accel dif max aut) et en ce que cette transition est 25 autorisée si cette différence est inférieure ou égale au même seuil. 7. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que une transition d'un état courant A vers un état cible B qui a 30 été écartée lorsque la transition précédente vers le rapport A a été effectuée, mais qui serait autorisée à partir de celui-ci, est suspendue pendant une période de temporisation.