Brevet FR3049249A1 — publié le 20170929

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE D'UN COUPLE D'ASSISTANCE ELECTRIQUE La présente invention se rapporte à la gestion de l'énergie dans un véhicule hybride, en particulier la distribution énergétique d'un couple d'assistance électrique à l'accélération sur un véhicule à groupe motopropulseur (GMP) hybride parallèle. Plus précisément, elle a pour objet un procédé de contrôle du couple d'assistance électrique à l'accélération fourni en réponse à une élévation de la demande de couple du conducteur, par la machine électrique d'un groupe motopropulseur hybride, comportant au moins un moteur thermique et une machine électrique de traction pouvant fonctionner en générateur pour recharger des batteries par récupération d'énergie en roulage. Dans un véhicule avec GMP hybride parallèle, on dispose d'au moins deux actionneurs capables de fournir du couple à la roue : un moteur thermique et une machine électrique. La demande de couple du conducteur est satisfaite par la somme des couples fournis par ces deux sources motrices. Lorsque l'objectif prioritaire est d'améliorer la consommation globale d'énergie du véhicule, en optimisant la répartition de couple entre les deux actionneurs, une loi de gestion d'énergie (LGE) permet d'atteindre cet objectif. C'est elle qui détermine le point de fonctionnement de chacune des sources motrices, en respectant la demande d'accélération du conducteur. Un GMP hybride parallèle offre aussi la prestation de fournir un surplus de couple à la roue, par rapport à la puissance du moteur thermique seul. Ce surplus de couple, ou couple électrique additionnel, est fourni par la machine électrique. Par la publication FR 3 001 427, on connaît un procédé de limitation énergétique du couple d'assistance à l'accélération d'un véhicule hybride. La méthode décrite vise à contrôler la 3049249 - 2 - consommation globale du GMP, y compris les dépenses énergétiques liées à l'assistance en couple, en fonction des capacités énergétiques. On s'efforce de ne pas pénaliser le gain de consommation assuré par l'hybridation. Pour y parvenir, on 5 introduit un coefficient de limitation du couple d'assistance électrique disponible pour l'assistance en couple. Ce coefficient est compris entre zéro et un, selon la quantité d'énergie électrique restante dans une plage énergétique de la batterie réservée pour l'assistance en couple. 10 Dans cette méthode, l'application du coefficient de limitation de couple d'assistance, ou « overtorque » s'impose au GMP, indépendamment de son coût énergétique. L'invention vise à améliorer la performance énergétique globale d'un GMP hybride à assistance de couple électrique 15 limitée en fonction de l'énergie disponible pour cette fonction, en plaçant l'activation de la fonction d'assistance en couple, dans la dépendance du mode de récupération énergétique dans la batterie. Dans ce but, l'invention prévoit que l'assistance 20 sollicitée par la demande de couple soit autorisée, ou non, en fonction du coût en consommation de carburant, de l'énergie électrique récupérée par les batteries au travers de la machine électrique en phase de recharge. Le couple d'assistance se décompose entre une composante 25 statique permettant de compléter le couple maximum statique du moteur thermique pour augmenter le couple maximum du GMP atteignable en phase statique, et une composante dynamique qui permet de compenser les limitations dynamiques imposées par le moteur thermique en phase transitoire. 30 Cette invention permet de redéfinir les limites statiques et dynamiques du GMP, en utilisant les couples thermique et électrique pour améliorer les performances globales du GMP. 3049249 - 3 - D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, sur lesquels : 5 - la figures lA montre le rôle de l' « overtorque statique », pendant la phase statique de l'assistance en couple, et - la figure 1B montre le rôle de l' « overtorque dynamique », pendant la phase transitoire de l'assistance en 10 couple. Lorsqu'un conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, la consigne de couple moteur fournie au GMP augmente rapidement. La consigne de couple est le plus souvent filtrée pour atténuer l'inconfort d'une trop forte réactivité, tout en conservant un 15 temps de réponse acceptable. On distingue en effet une phase transitoire, qui dure quelques centaines de ms, pendant laquelle la consigne de couple évolue rapidement, et une phase statique, où la consigne filtrée a atteint le niveau ciblé correspondant à l'appui de la pédale d'accélérateur. 20 Le couple additionnel statique fourni par la machine électrique, permet d'augmenter le couple maximum du GMP, atteignable en phase statique. On l'appelle « overtorque statique », ici offset 1. Il complète le couple maximum statique du moteur thermique. 25 Le couple additionnel dynamique, appelé « overtorque dynamique » permet de compenser les limitations dynamiques imposées par le moteur en phase transitoire (limitation fumées, temps de réponse de la chaîne d'air,...) ; cette composante dynamique, appelée ici offset 2, permet de compenser les 30 limitations dynamiques imposées par le moteur thermique en phase transitoire. Pour réduire le couple d'assistance électrique disponible, sur un véhicule hybride, il est également possible d'introduire un coefficient de limitation C, compris entre 0 et 3049249 - 4 - 1, du couple d'assistance électrique disponible selon la quantité d'énergie restante qui est réservée dans la batterie pour l'assistance en couple. Ce coefficient se calcule par exemple, mais sans obligation, selon la méthode proposée dans 5 la publication FR 3 001 427. Lorsque l'assistance en couple, ou overtorque, est sollicitée, l'invention prévoit d'additionner entièrement, ou seulement en partie, le couple max potentiel de la machine électrique Cmax scat elec, à celui du moteur thermique. Cette 10 méthode repose sur la définition, d'une quantité de couple électrique carto /, pouvant être ajoutée en overtorque statique au couple du moteur thermique. La quantité carto /, dépend du régime du moteur thermique et du rapport de boîte. Dans le cadre de l'invention, elle peut être déterminée à 15 partir de cartographies réglables. L'objectif de limiter l'overtorque statique par rapport à la totalité du couple électrique disponible, est de réaliser un compromis entre la performance et la répétabilité de l'assistance. Cette mesure se justifie particulièrement sur un GMP à hybridation légère, 20 dans lequel la quantité d'énergie électrique disponible pour l'assistance est toujours limitée. On adopte les termes suivants : - carto 1 = f (régime, rapport BV) - C = coefficient de pondération, fonction du mode de 25 conduite, par exemple économique, normal ou sport, - Cmax scat GMP = couple max statique GMP, - Cmax scat thermique = couple max statique thermique (potentiel maxi) - Cmax scat elec = couple max statique électrique, 30 (potentiel maxi). Comme indiqué sur la figure 1A, le couple additionnel statique offset 1, s'ajoute au couple maximum statique thermique pour réaliser le couple maximum statique du GMP. Ce complément apparaît dans la relation : 3049249 - 5 - Cmax scat GMP = Cmax scat thermique + offset 1 La quantité de couple disponible carto / pour la composante statique (offset 1) est fonction du régime du moteur thermique et du rapport de boîte. L'overtorque statique se 5 définit alors comme le produit de la valeur minimum entre carto / et le couple maxi statique électrique par le coefficient de pondération C : offset 1 = MIN (carto 1, Cmax scat elec) x C La composante statique offset 1 est donc égale au produit 10 MIN (carto 1, Cmax scat elec) x C, du coefficient de limitation C par le minimum entre une quantité de couple disponible carto / et le couple statique maximum de la machine électrique. Le couple additionnel dynamique, ou overtorque dynamique, permet de compenser les limitations dynamiques imposées par le 15 moteur en phase transitoire. C'est un complément, d'origine électrique, au couple dynamique maximum du moteur thermique Cmax dyn thermique, pour réaliser le couple dynamique maximum dynamique du GMP Cmax dyn GMP. Pour les raisons indiquées précédemment au sujet de l'overtorque statique, il n'est pas 20 toujours souhaitable d'utiliser la totalité du couple électrique disponible pour l'overtorque dynamique. On détermine donc une quantité de couple électrique carto 2, pouvant être ajoutée sous forme d'overtorque dynamique, au couple dynamique du moteur thermique. On le distingue du couple dynamique effectivement 25 ajouté, ou overtorque dynamique offset 2, mis en évidence sur la figure 1B. L'offset 2 est un complément apporté au couple dynamique maximum du moteur thermique, pour rejoindre le couple maximum statique plus rapidement. La quantité carto 2 est introduite pour maîtriser l'amplitude de la correction dynamique 30 offset 2, quelles que soient les conditions de roulage (altitude, température air élevée...), notamment lorsque le couple maximum statique du moteur thermique diminue. carto 2, dépend comme carto /, du régime et du rapport de boîte. Elle se détermine aussi à partir de cartographies. 3049249 - 6 On adopte les termes suivants, - carto 2 = f (régime, rapport BV) - C = coefficient de pondération, fonction du mode (éco / normal / sport) [qui peut être le même que pour l'overtorque 5 statique] - Cmax dyn GMP = couple max dynamique GMP - Cmax dyn thermique = couple max dynamique thermique (potentiel maxi) - Cmax dyn elec = couple max dyn électrique (potentiel 10 maxi). L'overtorque dynamique offset 2 est le produit de la valeur maximum entre carto 2 et le couple maxi statique électrique par le coefficient de limitation C : offset 2 = MAX (carto 2 (régime, rapport BV), offset /) x C 15 La quantité de couple (cari 2) disponible pour la composante dynamique (offset 2) est fonction du régime du moteur thermique et du rapport de boîte. L'équation de couple dynamique s'écrit alors : Cmax dyn GMP = Cmax dyn thermique + MIN (offset 2, Cmax scat elec). 20 La composante dynamique du couple d'assistance offset 2 est donc égale au produit MAX (carto 2 (régime, rapport BV), offset /) x C), du coefficient de limitation par le maximum entre une quantité de couple disponible (carto 2 (régime, rapport BV) et la composante statique (offset 1) du couple 25 d'assistance. La composante dynamique offset 2 doit toujours être supérieure ou égale à la composante statique offset /, pour s'assurer que le couple additionnel dynamique permette d'atteindre dans tous les cas le couple maxi statique du GMP 30 Cmax statique GMP, qui intègre le couple additionnel statique. Grâce à la condition offset 2 offset 1, l'overtorque statique est toujours accompagné d'overtorque dynamique, mais l'inverse n'est pas vrai. Le contrôle du couple d'assistance électrique à 3049249 - 7 - l'accélération fourni en réponse à une élévation de la demande de couple du conducteur, concerne la machine électrique d'un groupe motopropulseur hybride comportant au moins un moteur thermique et une machine électrique de traction pouvant 5 fonctionner en générateur pour recharger des batteries par récupération d'énergie en roulage. Dans un GMP hybride, où la machine électrique permet de récupérer de l'énergie cinétique pour la stocker dans la batterie sous forme d'énergie électrique immédiatement disponible pour la traction, on peut distinguer 10 deux types d'énergie récupérée. La distinction est établie en fonction de la consommation de carburant par le moteur thermique impliquée par la récupération, selon les circonstances : - l'énergie récupérée au cours d'une décélération, lorsque le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur : 15 la machine électrique passe alors en mode générateur, et on autorise un niveau de décélération plus important sur le véhicule, qui permet de convertir une partie de l'énergie cinétique en énergie électrique ; - l'énergie générée en mode de recharge forcée, lorsque 20 le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur, et que le niveau de SOC (charge batterie) batterie devient faible (à cause par exemple de consommateurs électriques comme la climatisation, les feux de signalisation...) : dans cette situation, le GMP utilise le moteur thermique pour recharger la batterie, et 25 consomme un surplus de carburant pour effectuer cette recharge. Le premier type d'énergie est considéré comme moins onéreux que le second. L'invention prévoit de lier l'autorisation de l'overtorque statique et dynamique, au coût de l'énergie récupérée, lors de sa sollicitation par l'élévation 30 de la demande de couple du conducteur. Conformément à l'invention, l'assistance sollicitée par la demande de couple est autorisée ou non, en fonction du coût en consommation de carburant, de l'énergie électrique récupérée par les batteries au travers de la machine électrique en phase de recharge. 3049249 - 8 - La calibration du coefficient de limitation C permet de lier l'autorisation de l'overtorque aux types d'énergie mentionnés ci-dessus, par exemple selon le mode de conduite du véhicule. On peut ainsi limiter ainsi la quantité d'énergie 5 dépensée en assistance de couple électrique, selon le mode de conduite adopté. Si le conducteur a le choix par exemple entre un mode économique « éco », privilégiant une faible consommation du GMP, un mode « normal » et un mode « sport » privilégiant la performance, on peut calibrer différemment le coefficient de 10 pondération C, selon le mode adopté. L'assistance en couple est ainsi pondérée différemment, selon l'adoption d'un mode de conduite privilégiant une faible consommation globale du GMP, ou bien sa performance. Dans l'application non limitative décrite ci-dessous, on 15 choisit de privilégier : - en mode éco, l'utilisation du premier type d'énergie uniquement, en mode normal, également, en mode sport, l'utilisation des deux types d'énergie 20 pour maximiser la disponibilité du couple additionnel. Les tables ci-dessous se rapportant à cet exemple, illustrent l'adaptation du facteur de pondération C aux trois modes de conduite : table nom = f(C) permet de calculer un facteur 25 compris dans [0...1], pour le mode normal - table eco = f(C) idem pour le mode éco table sport = f(C) idem pour le mode sport Les réglages proposés dans cet exemple sont illustrés par les 30 figures 2A à 2C : table nom (cf. fig. 2A): Avec ce réglage, on autorise en mode normal la consommation de 30 Wh en couple électrique additionnel. Une fois cette énergie consommé, il faut recharger la batterie, et décrémenter le 3049249 - 9 - facteur C. table sport (cf. fig. 2B): Avec ce réglage, on autorise la dépense de 80 Wh avec le couple électrique additionnel. On privilégie ainsi l'amélioration de 5 la performance du GMP, par rapport à l'économie d'énergie. table eco (cf. fig. 2C): Ce réglage n'autorise pas le couple additionnel en mode éco. Il privilégie l'économie d'énergie, par rapport à l'amélioration de la performance du GMP. 10 Les valeurs de C pondèrent l'overtorque statique (offset_1), et l'overtorque dynamique (offset_2) comme indiqué plus haut : - Cmax stat GMP = Cmax stat thermique + offset 1 x C, avec offset 1 = MIN (carto/, Cmax stat elec) x C 15 - Cmax dyn GMP = Cmax dyn thermique + MIN (offset 2, Cmax stat elec), avec offset 2 = MAX (carto_2, offset 1) x C Les avantages de l'invention sont nombreux. Parmi ceux-ci, on peut citer 20 - l'amélioration des performances du GMP, et la répétabilité des séquences d'assistance en couple, grâce à la répartition de l'overtorque entre une composante statique et une composante dynamique, et - l'ajustement du compromis perfo / gain conso, en 25 fonction du mode sélectionné par le conducteur (éco / normal / sport). REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du couple d'assistance électrique à l'accélération fourni en réponse à une élévation de la demande 5 de couple du conducteur, par la machine électrique d'un groupe motopropulseur hybride comportant au moins un moteur thermique et une machine électrique de traction pouvant fonctionner en générateur pour recharger des batteries par récupération d'énergie en roulage, caractérisé en ce que l'assistance 10 sollicitée par la demande de couple est autorisée ou non, en fonction du coût en consommation de carburant, de l'énergie électrique récupérée par les batteries au travers de la machine électrique en phase de recharge. 2. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce que l'assistance en couple est pondérée par un coefficient de limitation (C) calibré différemment selon l'adoption d'un mode de conduite privilégiant une faible consommation globale du groupe motopropulseur, ou sa performance. 20 3. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la calibration du coefficient de limitation (C) limite la quantité d'énergie dépensée en assistance de couple électrique, en fonction du mode de conduite. 25 4. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il a une composante statique (offet 1) permettant de compléter le couple maximum statique du moteur thermique pour augmenter le couple maximum du groupe motopropulseur atteignable en régime statique. 30 5. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il a une composante dynamique (offset 2) qui permet de compenser les limitations dynamiques imposées par le moteur thermique en phase transitoire. 3049249 6. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 4 et 5, caractérisé en ce que la composante dynamique (offset 2) est toujours supérieure ou égale à la composante statique (offset /). 7. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 4, caractérisé en ce que la composante statique (offset 1) est égale au produit MIN (carto 1, Cmax scat elec) x C, du coefficient de limitation (C) par le minimum entre une quantité de couple disponible (carto /) et le couple statique maximum de la machine électrique. 8. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composante dynamique (offset 2) est égale au produit MAX (carto 2 (régime, rapport BV), offset /) x C), du coefficient de limitation C par le maximum entre une quantité de couple disponible (carto 2 (régime, rapport BV) et la composante statique (offset 1) du couple d'assistance. 9. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité de couple 20 disponible (cari /) pour la composante statique (offset 1) est fonction du régime du moteur thermique et du rapport de boîte. 10. Procédé de contrôle de couple d'assistance selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité de couple (cari 2) disponible pour la composante dynamique (offset 2) est 25 fonction du régime du moteur thermique et du rapport de boîte.