Brevet FR3037549A1 — publié le 20161223

La présente invention concerne le domaine du contrôle moteur et plus particulièrement le contrôle en régime transitoire d'un système de propulsion hybride d'un véhicule, dans le but de réduire les émissions polluantes. Un véhicule hybride est un véhicule comprenant au moins une machine électrique et un moteur thermique pour assurer la traction du véhicule. La réduction des émissions d'oxydes d'azote (NOx) est un enjeu majeur du développement des motorisations, notamment des motorisations diesel. Les seuils d'homologation drastiques conduisent à l'utilisation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement très coûteux. Dans ce contexte, l'hybridation diesel est intéressante économiquement à condition de permettre la réduction des émissions de NOx à la source. L'ajout d'un moteur électrique apporte en effet un degré de liberté dans le choix des points de fonctionnement du moteur thermique. Des points intéressants en terme de consommation de carburant et d'émissions de NOx peuvent donc être privilégiés. La taille, et donc le coût du post-traitement peuvent alors être réduits, compensant ainsi le surcoût de l'hybridation. En prime, la consommation de carburant est également significativement abaissée, notamment grâce à la récupération d'énergie, tel que le freinage récupératif. La supervision énergétique est donc un élément clé du développement des systèmes de propulsion hybride diesel. Elle s'avère plus complexe que dans le cas essence, où la prise en compte de la consommation et de la température du catalyseur suffit. Pour une motorisation hybride diesel, la problématique est double : il faut d'une part trouver un compromis entre les émissions de NOx et la consommation de carburant, d'autre part gérer les transitoires de couple, qui génèrent un surplus d'émissions polluantes. Avec le passage à la norme Euro 6C en 2017, la réduction de ces émissions transitoires devient un point critique. En effet, ce changement de norme s'accompagne d'une évolution du cycle d'homologation. Le nouveau cycle d'homologation (WLTC) présente un nombre bien supérieur de phases transitoires que le cycle actuel (NEDC). La prise en compte des émissions polluantes en régime transitoire (engendré par le passage d'un point de fonctionnement stabilisé à un autre point de fonctionnement stabilisé) d'un moteur à combustion interne constitue un objectif très important. En effet, les émissions polluantes des moteurs actuels sont très sensibles aux écarts de fonctionnement. Un exemple illustrant la problématique des émissions en transitoire est donné sur les figues 1 a) à 1d). Cet exemple représente la première accélération de la partie extra urbaine d'un cycle de conduite de type NEDC (New European Driving Cycle, qui est un cycle de conduite automobile conçu pour imiter de façon reproductible les conditions rencontrées sur 3037549 2 les routes européennes, principalement utilisé pour la mesure de la consommation et des émissions polluantes des véhicules) pour un système de propulsion hybride, équipé d'un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR). Lors des phases de changement de rapports de boite de vitesse, la coupure d'injection entraîne nécessairement la diminution de 5 la richesse à l'échappement. Par conséquent, la disponibilité des gaz brûlés à l'admission est limitée lors du rétablissement de l'injection au moment de l'accélération. Dans ce cas, la convergence de la fraction de gaz brûlés à l'admission sur sa consigne n'est pas instantanée. Son temps de réponse dépend du temps de transport des gaz brûlés dans le circuit EGR. Durant les phases transitoires, la composition des gaz à l'admission (et donc 10 dans le cylindre) ne converge pas sur sa consigne et les émissions de NOx dépassent les émissions des régimes statiques. L'amplitude de ces pics d'émissions est importante par rapport aux niveaux attendus en régime stabilisé et ces pics représentent, selon le type de cycle de conduite, une part non négligeable des émissions cumulées. 15 Par conséquent, la prise en compte de la part transitoire constitue un enjeu important du contrôle du moteur. Dans ce contexte, l'hybridation du moteur thermique représente une solution avec un fort potentiel. L'idée consiste à limiter les sollicitations du moteur thermique en régime transitoire en utilisant la machine électrique ou un alterno-démarreur pour compenser la consigne de couple du moteur thermique. 20 Pour commander un tel système de propulsion hybride, il a été développé des superviseurs énergétiques. Il existe plusieurs méthodes reposant sur la commande optimale. Ce type de superviseur énergétique est présenté dans les documents suivants : A. Sciarretta, M. Back & L. Guzzella, "Optimal control of parallel hybrid electric vehicles", IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 12, no. 3, May 25 2004. A. Chasse, A. Sciarretta & J. Chauvin , "Online optimal control of a parallel hybrid with costate adaptation rule", Proceedings of the IFAC Symposium on Advances in Automotive Control, Munich, Germany, July 12-14, 2010. O. Grondin, L. Thibault, P. Moulin, A. Chasse & A. Sciarretta, "Energy Management 30 Strategy for Diesel Hybrid Electric Vehicle", Proceedings of the 7th IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Chicago, USA, 6-9 September 2011. Toutefois, bien que ces superviseurs énergétiques permettent de gérer les régimes statiques du système de propulsion hybride, ils ne sont pas adaptés à la gestion des régimes transitoires. En effet, le moteur thermique y est considéré comme un système purement 35 quasi-statique. Cette hypothèse est acceptable si on considère la consommation de carburant mais elle s'avère fausse si on considère les émissions polluantes. Ainsi, la part des émissions produites lors des phases de fonctionnement transitoires par rapport aux 3037549 3 émissions totales n'est pas négligeable. C'est pourquoi il est nécessaire de prendre en compte la transition entre deux points stabilisés choisis par le superviseur statique. Par ailleurs, la demande de brevet FR 2982824 (US 2013/0131956) décrit un procédé 5 de commande d'un système de propulsion hybride pour gérer les phases transitoires, afin de réduire les émission de NOx. Toutefois, ce procédé nécessite l'acquisition d'une consigne de couple statique du moteur Diesel, ce qui rend le procédé complexe, car cela implique une optimisation statique (notamment par utilisation d'un superviseur énergétique) avant l'optimisation dynamique réalisé par ce procédé. Cette optimisation statique préalable sert 10 également à la régulation de l'état de charge de la batterie alimentant la machine électrique, que le procédé transitoire seul n'est pas capable de gérer. De plus, ce procédé n'est pas optimal pour un système de propulsion hybride du type « Mild hybrid » (selon la dénomination francophone : motorisation semi-hybride), étant donné que le degré de liberté apporté par l'hybridation « Mild Hybrid » est insuffisant pour décaler les points de 15 fonctionnement du moteur thermique en régime permanent (une machine électrique d'une motorisation « Mild Hybrid » ne permet pas d'assurer seule la traction du véhicule) et étant donné que l'optimisation dynamique ne prend pas en compte l'énergie électrique qu'il consomme. 20 L'invention permet de diminuer les émissions polluantes transitoires d'un moteur thermique d'un système de propulsion hybride, en intégrant les phénomènes physiques impliqués dans leur production. L'objet de l'invention concerne un procédé de commande d'un système de propulsion hybride d'un véhicule, dans lequel on définit la trajectoire de couple qui minimise les 25 émissions du moteur thermique. Durant les phases de fonctionnement transitoires, on modifie la répartition entre la consigne de couple de la machine électrique et la consigne de couple du moteur thermique. Le principe consiste à limiter la dynamique de la consigne de couple du moteur thermique. La machine électrique assure la compensation du couple afin de satisfaire la demande à la roue. Pour cela, selon l'invention, on modélise les émissions de 30 NOx du moteur Diesel du système de propulsion hybride et on utilise ce modèle pour définir les consignes de couple des composants du système de propulsion hybride. La définition des consignes de couple est basée directement sur la consigne de couple à la roue demandée par le conducteur, sans besoin d'une optimisation statique, donc d'un superviseur énergétique. De plus, le procédé selon l'invention prend en compte l'état de charge de la 35 batterie pour la détermination des consignes de couple, de manière à optimiser l'utilisation de la machine électrique. Par conséquent, le procédé de commande selon l'invention est adaptée notamment au système de propulsion hybride du type « Mild Hybrid ». 3037549 4 Un avantage de ce procédé réside dans la prise en compte, dans le calcul de la trajectoire de couple, des phénomènes physiques qui pilotent la production des émissions. L'utilisation de modèles des phénomènes physiques mis en jeu assure la réalisation du procédé et simplifie son réglage, car le procédé nécessite le calibrage d'un unique paramètre 5 de réglage. De plus, le procédé de commande permet de réduire la part transitoire des émissions de NOx, tout en conservant les gains en termes de consommation de carburant liés à l'hybridation. Le procédé et le dispositif selon l'invention 10 L'invention concerne un procédé de commande d'un système de propulsion hybride, comprenant au moins une machine électrique et au moins un moteur thermique, ladite machine électrique étant alimentée par une batterie électrique, dans lequel on acquiert une consigne de couple du système de propulsion TpswPt, et dans lequel on construit un modèle d'émission d'oxydes d'azote (NOx) estimant les émissions dudit moteur thermique en 15 fonction d'un couple Teng dudit moteur thermique. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on détermine une consigne dynamique NOxsP d'émission de NOx au moyen dudit modèle d'émission de NOx, de ladite consigne de couple TpswPt dudit système de propulsion et d'un facteur de réduction ledit facteur de réduction du pic de NOx 20 étant dépendant de l'état de charge SOC de ladite batterie ; b) on détermine une consigne de couple dynamique TeSnPg dudit moteur thermique au moyen de ladite consigne NOxsP d'émission de NOx et dudit modèle d'émission de NOx ; c) on détermine une consigne de couple dynamique Teot de ladite machine électrique 25 en fonction de ladite consigne de couple TeSnPg dudit moteur thermique ; et d) on applique lesdites consignes de couple dynamiques audit système de propulsion. Selon l'invention, ladite machine électrique peut être dimensionnée pour apporter un couple supplémentaire au système de propulsion lors d'une accélération dudit système de propulsion. 30 Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite machine électrique fournit une puissance comprise entre 2 et 25 kW, de préférence entre 8 et 20 kW. Conformément à une variante de réalisation, ledit facteur de réduction du pic de NOx est déterminé par une formule du type : SOC) 100-sp Si SOC > SOCsp (SOC) = + (SOC SOC) SOCup - SOCsp 3037549 5 sp Si SOC socup : kT(SOC) = kTSP + (SOC -SOC'P) SOC soc et . up Si SOC 0 tr(t) - Ne (t) 0 sinon kr : paramètre de réglage. Selon une variante de réalisation, on détermine la consigne de couple dynamique TeSnPg dudit moteur thermique par inversion dudit modèle d'émission de NOx. 25 En outre, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un contrôleur. Il comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, 30 lorsque ledit programme est exécuté sur un contrôleur. , et 3037549 7 De plus, l'invention concerne un système de propulsion hybride d'un véhicule constitué d'au moins une machine électrique et d'au moins un moteur thermique, ladite machine électrique étant alimentée par une batterie. Le système de propulsion est commandé par le procédé de commande selon l'une des caractéristiques précédentes. 5 L'invention concerne également un véhicule, notamment automobile. Le véhicule comprend un système de propulsion hybride selon l'invention. Présentation succincte des figures 10 D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. Les figures 1 a) à 1d), déjà décrites, illustrent une comparaison entre les émissions de NOx mesurées et les émissions de NOx quasi-statiques pour la première accélération de la 15 partie extra urbaine du cycle de conduite NEDC, en termes de vitesse véhicule (figure 1 a)), de fraction des gaz brûlés dans le collecteur d'admission (figure 1 b)), du régime moteur (figure 1c)) et des émissions de NOx (figure 1d)). La figure 2 est un schéma de principe du procédé de commande selon l'invention. La figure 3 est un schéma de principe du procédé de commande selon un mode de 20 réalisation de l'invention. La figure 4 illustre le principe du calcul de la consigne de NOx. La figure 5 illustre une cartographie de température maximale du cylindre. Les figures 6a à 6d représentent des courbes comparatives du couple de la machine électrique, du couple du moteur thermique, des émissions de NOx, et du régime moteur en 25 fonction du temps, d'un procédé de commande avec une optimisation statique selon l'art antérieur et d'un procédé de commande selon l'invention. Les figures 7a à 7d représentent des courbes comparatives du couple de la machine électrique, du couple du moteur thermique, des émissions de NOx, et du régime moteur en fonction du temps, d'un procédé de commande avec une optimisation statique et une 30 optimisation dynamique selon l'art antérieur et d'un procédé de commande selon l'invention. Description détaillée de l'invention Le procédé selon l'invention permet de réduire les émissions de NOx pour un système de propulsion hybride. Il permet de gérer les phases transitoires, entre deux points statiques 35 de fonctionnement, en se basant sur un modèle d'émissions de NOx, capable de prédire les 3037549 8 émissions de NOx. Ce modèle permet de déterminer les émissions de NO, du système de propulsion hybride en fonction du couple du moteur à combustion interne. Selon l'invention, le procédé permet la commande d'un système de propulsion hybride d'un véhicule, notamment automobile, constitué d'au moins une machine électrique et d'au 5 moins un moteur thermique (Diesel ou essence). La machine électrique est alimentée par une batterie électrique. Le terme batterie électrique regroupe tout système de stockage d'énergie électrique équivalent (accumulateur, pack, modules, super-condensateurs...). Pour les régimes transitoires, les étapes suivantes sont réalisées : acquisition d'une consigne de couple dynamique du système de propulsion 7g,t; 10 construction d'un modèle d'émissions de NOx, permettant d'estimer les émissions de NOx dudit moteur thermique en fonction dudit couple Teng dudit moteur thermique ; calcul d'une consigne NOxsP dynamique d'émissions de NOx à partir dudit modèle d'émissions NOx, déterminant les émissions de NOx dudit moteur thermique en 15 fonction de ladite consigne de couple, et d'un facteur de réduction , ledit facteur de réduction étant dépendant de l'état de charge SOC de ladite batterie ; déduction d'une consigne de couple dynamique du moteur thermique Teng ; - détermination d'une consigne de couple dynamique de la machine électrique Tnn ; et 20 - application des consignes de couple dynamiques au système de propulsion. La figure 2 illustre de manière schématique les entrées et les sorties du procédé de commande OPT selon l'invention. En entrée du procédé de commande OPT, on a les valeurs suivantes : 25 la consigne de couple du système de propulsion TpswPt, qui est directement (sans optimisation statique préalable) le couple souhaité à la roue par le conducteur, et l'état de charge SOC de la batterie alimentant la machine électrique. En sortie du procédé de commande OPT, on a les valeurs de consigne de couple TeSnPg 30 et Teot respectivement du moteur thermique et de la machine électrique. 3037549 9 Ainsi, le procédé de commande selon l'invention est autonome. En effet, celui-ci n'a pas besoin d'être placé en cascade d'un autre procédé de commande. De plus, le procédé de commande selon l'invention prend en compte l'impact énergétique de la correction transitoire qu'il applique dans le but de réguler l'état de charge batterie. L'avantage qui en 5 résulte est une réduction significative des émissions d'oxydes d'azote tout en conservant les gains en consommation obtenus par une stratégie de supervision énergétique purement axée sur la consommation. Selon l'invention, le procédé de commande est adapté pour les systèmes de propulsion 10 hybride du type « Mild Hybrid », étant donné que le procédé de commande selon l'invention supervise l'énergie électrique consommée, par la prise en compte de l'état de charge de la batterie. Ce type de système de propulsion, est équipé d'une machine électrique de faible puissance et d'un système de récupération d'énergie au freinage, qui apportent un complément de puissance à bas régime ou lors d'une phase de forte accélération. Pour un 15 système de propulsion « Mild Hybrid », la machine électrique n'est pas apte à assurer seule la traction d'un véhicule. Ce type d'hybridation est une hybridation intermédiaire entre l'hybridation du type « Stop and Start » (Système de commande qui arrête le moteur thermique lorsque le véhicule est immobile au point mort et provoque son redémarrage à la première sollicitation du conducteur au moyen d'une machine électrique de faible puissance) 20 et une hybridation du type « Full Hybrid » (Système à motorisation hybride complète pour lequel le ou les moteurs électriques ont une puissance suffisante pour assurer à eux seuls, pendant un temps limité, la propulsion). Pour cela, le procédé selon l'invention peut être adapté aux systèmes de propulsions hybrides, pour lesquels la puissance fournie par la machine électrique est comprise entre 2 et 25 kW, de préférence entre 8 et 20 kW. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de commande selon l'invention peut être appliqué pendant les phases d'accélération du système de propulsion hybride. Le procédé de commande selon l'invention peut ne pas être activé pendant une phase de roulage en vitesse stabilisée. Ainsi, la consigne de couple de la machine électrique est nulle, 30 et seul le moteur thermique est utilisé. En outre, le procédé de commande selon l'invention peut ne pas être activé pendant une phase de décélération. Pendant cette phase, un système de récupération d'énergie, par exemple un système de freinage récupératif, peut recharger la batterie. Ainsi, un autre avantage de l'invention est que le procédé de commande ne nécessite 35 pas une batterie de taille importante pour apporter des gains significatifs. Dans un contexte où le coût et la masse de la batterie sont une problématique majeure du développement des 3037549 10 véhicules hybrides cela s'avère un atout important. Ce besoin réduit en énergie embarquée dans le véhicule est dû au comportement de la stratégie : en phase d'accélération, assistance électrique : diminution de l'état de charge batterie, 5 en phase de vitesse stabilisée, fonctionnement tout thermique conventionnel : état de charge constant, et en phase de décélération, freinage récupératif : augmentation de l'état de charge batterie. Comme les phases d'accélération ne peuvent se succéder à répétition sans passer par 10 des phases de décélération, l'état de charge batterie oscille naturellement autour de sa valeur moyenne. Ainsi, on ne rencontre pas avec le procédé de commande selon l'invention des comportements extrêmes du type : décharge de la batterie sur la partie urbaine du cycle pour la recharger sur la partie extra-urbaine, ce qui très exigeant pour la capacité totale de la batterie. 15 Notations Dans la suite de la description, on utilise les notations suivantes : Facteur de réduction du pic de NOx [en (3/0] sp Consigne nominale du facteur de réduction du pic de NOx, paramètre de 20 calibration du procédé de commande, il s'agit d'un paramètre de calibration dont la valeur permet de régler l'intensité de la correction transitoire des NOx. [en (3/0] Paramètres de calage du modèle d'émissions de NOx [sans unité] FisP Consigne de la fraction massique de gaz brûlé dans le collecteur d'admission [en %] 25 Fest Estimation de la fraction massique de gaz brûlé dans le collecteur d'admission [en (3/0] Ne Régime du moteur thermique [en tr/min] TPW Consigne de couple du système de propulsion [en Nm] Tes,,Pg Consigne de couple du moteur thermique dynamique [en Nm] 30 T, Consigne de couple de la machine électrique dynamique [en Nm] tyspi Température du cylindre maximale pour la consigne de couple statique [en K] tyYin Température du cylindre maximale minimisant les émissions de NOx [en K] AN03, Amplitude du pic de NOx par rapport au point stabilisé cible [en ppm] 3037549 11 eN0,, Erreur d'émissions de NOx [en ppm] NOx Valeur maximale du pic d'émissions de NOx [en ppm] NO,', Valeur des émissions de NOx sur un point stabilisé [en ppm] NOx(t) Emissions de NOx générées par le transitoire de couple nominal [en ppm] 5 NOE,f Consigne d'émissions de NOx [en ppm] SOC Etat de charge de la batterie [en (3/0] SOC,p Consigne de l'état de charge (généralement centré sur la batterie), il s'agit d'un paramètre de calibration [en (3/0] SOCdown Seuil d'état de charge de désactivation de la stratégie transitoire, paramètre 10 de calibration du procédé de commande, il s'agit d'un paramètre de calibration [en (3/0] SOCup Seuil d'état de charge d'activation de la stratégie transitoire, paramètre de calibration du procédé de commande, il s'agit d'un paramètre de calibration [en (3/0] krmax Valeur maximale de la constante de temps du modèle de recirculation des gaz brûlés. Il s'agit d'un paramètre de calibration généralement égal à 5 fois krsp. Ce 15 paramètre permet de saturer kr(SOC). krsp Constante de temps du modèle de recirculation des gaz brûlés, caractéristique du système physique. Le principe du procédé de commande selon l'invention consiste à calculer, lors des 20 phases de fonctionnement transitoire, une trajectoire de couple du moteur thermique qui minimise les émissions de NOx. Il s'agit, lorsque la consigne de couple varie entre un point A et un point B de déterminer si celle-ci entraine un surplus transitoire d'émissions de NOx. Dans un mode de réalisation préféré, le système de propulsion est équipé d'un circuit 25 de recirculation des gaz d'échappement (EGR). Dans ce cas, une forte variation du couple moteur conduit généralement à des écarts importants au niveau de la boucle d'air (admission de l'air et recirculation des gaz d'échappement). Les conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion s'écartent alors des conditions stabilisées et les émissions de NOx augmentent. Il est alors souhaitable de calculer une 30 nouvelle trajectoire du couple du moteur thermique. Le procédé de détermination de cette nouvelle consigne de couple utilise un modèle d'émissions de NOx, qui permet de déterminer la trajectoire assurant des émissions minimales entre deux points de couple statiques. Pendant cette phase transitoire, le couple du moteur thermique est compensé à l'aide de la machine électrique afin que la demande de couple à la roue soit satisfaite. Le 3037549 12 procédé consiste donc en une compensation de couple du moteur thermique afin de limiter les sollicitations conduisant à des écarts d'émissions de NOx. Présentation d'un mode de réalisation 5 Le mode de réalisation décrit dans les paragraphes ci-dessous concerne, de manière non limitative, un moteur Diesel équipé d'un circuit de recirculation des gaz brûlés. Toutefois, la présente invention et le mode de réalisation décrit sont compatibles avec un moteur essence. De plus, le procédé de commande est adapté à tout moteur thermique équipé au non d'un circuit de recirculation des gaz brûlés. 10 Etape 1) Acquisition d'une consigne de couple L'invention a pour objectif de réduire la part transitoire des émissions de NOx. On appelle régime transitoire, le passage d'une consigne de couple statique à une deuxième consigne de couple statique. 15 Tel qu'illustré à la figure 2, le procédé de commande selon l'invention détermine les consignes de couple du moteur thermique et de la machine électrique, à partir de la consigne de couple du système de propulsion TpsPi'. La consigne de couple du système de propulsion correspond à la demande de couple à roue, notamment souhaité par le conducteur du véhicule. 20 Etape 2) Construction du modèle d'émissions de NOx La consigne dynamique d'émission de NOx est calculée à partir d'un modèle d'émissions de NOx, déterminant les émissions de NOx du moteur thermique. On appelle modèle d'émission de NOx, un modèle capable de prédire les émissions de NOx du moteur 25 thermique, en fonction du couple du moteur thermique du système de propulsion hybride. Pour être précis et représentatif du moteur, ce modèle peut être calé sur le moteur thermique du système de propulsion utilisé, et peut dépendre des conditions de fonctionnement de celui-ci, par exemple le régime du moteur thermique N e. En outre, l'adjectif dynamique précise qu'il s'agit de consigne qui s'applique en régime transitoire, c'est-à-dire entre deux 30 points de fonctionnement stabilisés, cette consigne évoluant en fonction du temps. De préférence, ce modèle est inversible, afin de pouvoir déterminer par la suite la consigne de couple dynamique à partir de la consigne dynamique d'émissions de NOx. Un modèle semi-empirique d'émission de NOx peut être utilisé. 3037549 13 Pendant la phase transitoire, les relations liant le couple du moteur thermique, de la machine électrique et la consigne de couple du système de propulsion hybride restent inchangées : Tis;' =Tes'Pg +Tin (1) 5 = Tes'Pg, +T's,Pot, (2) Les émissions de NOx sont calculées à l'aide du modèle semi empirique suivant : NO, = 0(N e ,Tcyi , Fi) (3) Il s'agit d'une corrélation qui relie les émissions avec le régime moteur Ne, la fraction de gaz brûlé à l'admission F1 et la température maximale dans le cylindre ty/ . La fraction des 10 gaz brûlés à l'admission F1 et la température maximale dans le cylindre sont des paramètres dépendants du couple du moteur thermique T'g. Ces grandeurs participent à la production des NOx dans la chambre de combustion d'un moteur Diesel. Un tel modèle est détaillé notamment dans le document : J-C. Schmitt, M. Fremovici, O. Grondin & F. Le Berr, "Compression Ignition Engine 15 Model Supporting Powertrain Development, Proceedings of the IFAC workshop on engine and powertrain control, simulation and modeling", Rueil-Malmaison, France, 30 Novembre 2 Décembre, 2009. La fonction 4) peut être donnée par une formule du type : ct3 ( Ne ( oek 4 - as ))0(6 (1-a7F) (4) 2 ) 20 Les coefficients a, sont des paramètres de calage du modèle de NOx semi physique. Les valeurs de ces coefficients peuvent être calculées à partir de données expérimentales, par exemple par essais sur des bancs d'essai de moteur et elles sont valides pour un moteur. En général, les données issues de la calibration du moteur thermique sont suffisantes pour le calage de ce type de modèle. 25 Etape 3) Calcul de la consigne d'émissions de NOx La consigne dynamique d'émission de NOx est calculée à partir du modèle d'émissions de NOx, déterminant les émissions de NOx du moteur thermique. La figure 3 présente le principe du procédé de commande dans le cas particulier du 30 mode de réalisation décrit. Le modèle du système de propulsion se base sur un modèle représentatif des émissions de NOx et sur un modèle représentatif de la dynamique de la boucle d'air du moteur (estimation de la fraction des gaz brûlés à l'admission). On appelle boucle d'air l'ensemble du circuit d'admission et du circuit de recirculation du gaz NO' = 3037549 14 d'échappement. Le niveau de complexité de ces deux modèles est en adéquation avec une intégration dans une stratégie d'optimisation énergétique pouvant être implémenté en temps réel sur un calculateur électronique. Il peut s'agir notamment d'un modèle semi empirique (ou « boite-grise ») pour les émissions de NOx et d'un filtre du premier ordre incluant un 5 retard pur représentatif de la dynamique de la fraction de gaz brûlés à l'admission du moteur. Ces modèles d'émissions de NOx et de la dynamique des gaz brulés peuvent être dépendants du régime du moteur Ne et de la consigne de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission F1sP , en amont d'un cylindre du moteur Diesel, qui peut être donnée par une cartographie dépendante du régime du moteur Ne et de la consigne de couple Tes'Pg, 10 . Cette figure 3 représente les deux étapes principales pour le calcul de la trajectoire de couple : la détermination des émissions de NOx émises lors du fonctionnement transitoire et le calcul d'une nouvelle trajectoire de la consigne de couple moteur à partir d'une consigne d'émissions réduite par rapport au cas nominal. Dans un premier temps, le modèle de NOx 15 est alimenté avec la consigne de couple Tis.,:,t du système de propulsion. Le modèle, en fonction de la consigne actuelle et de celle du pas de calcul précédent, détermine l'amplitude du pic de NOx qui serait généré si elle n'était pas corrigée. Cette valeur, sert de base au calcul de la consigne de NOx pour le calcul de la nouvelle trajectoire de couple. En synthèse, le modèle de NOx et le modèle de dynamique boucle d'air permettent d'assurer un 20 filtrage de la consigne de couple qui respecte la dynamique propre du système afin de limiter le pic d'émissions. Pour ce modèle, on définit un taux d'atténuation d'émissions de NOx, à l'aide d'un paramètre de réglage , appelé facteur de réduction, qui correspond au pourcentage d'atténuation de l'amplitude du pic de NOx initial. Ainsi, il est possible de moduler la réduction 25 des NOx de la valeur du paramètre . Par exemple, sur la figure 6, le transitoire entre deux points de fonctionnement peut conduire à un dépassement du niveau d'émission stabilisé noté NO:. L'amplitude de ce dépassement est notée NO x. Il est donc possible d'adapter la commande en fonction des conditions extérieures en réglant le paramètre . Par exemple, dans le cas d'une zone urbaine où la circulation serait réservée aux véhicules à faible niveau 30 d'émissions polluantes, on pourra adapter le paramètre pour atteindre l'objectif. Selon l'invention, le facteur de réduction est dépendant de l'état de charge de la batterie, dans le but de réguler l'état de charge de la batterie. Si le dépassement est important, un paramètre de réglage, , permet de définir un seuil de dépassement acceptable qui sert de consigne : 3037549 15 ( NOj = NOx + ANO., \1-100 (5) où ANOx est l'écart entre le niveau d'émissions en stabilisé et la valeur maximale du pic en transitoire : ANO x = NO x - NO.: (6) 5 où NO.: est le niveau d'émission de NOx en régime stabilisé. Le paramètre permet de régler l'intensité de la correction en régime transitoire. Si vaut zéro alors la stratégie de limitation des NOx est inactive. Sinon, une valeur de dépassement acceptable est définie. Le facteur de réduction permet de pondérer l'impact de la stratégie en fonction de l'état de charge batterie. Si ce dernier est faible, on diminuera la valeur de afin de limiter 10 l'utilisation de l'énergie électrique. A l'inverse, lorsque la batterie est pleine on choisira = 100%. Entre les deux valeurs, le réglage de peut être adapté de la manière suivante : Si SOC SOCsp (SOC) = .sp, + (soc - SoCsp) 100-sp (7) socup-SOCsp Si SOC - 0 sinon (13) tr(t)={N e(t) et r(t). (14) Ne (t) Les coefficients k' et kr permettent de régler la dynamique des gaz brûlé et ils constituent deux paramètres de réglage de la stratégie de limitation des émissions 20 transitoires. Ils peuvent être déterminés expérimentalement, par exemple lors d'essais sur des bancs moteur. Selon un mode de réalisation, le coefficient kr est dépendant de l'état de charge SOC de la batterie, de manière à optimiser la charge de la batterie. Par exemple, cette dépendance est mise en oeuvre par une formule du type : 25 Si SOC > socup : kT(SOC) = kTsp+ (soc - socup) (kTn.'''-k'p) (15) socmax-socup Si SOC - fi avec eN0x NOx(t)- NO; (18) 15 En intégrant dans l'équation (6) cette valeur de NOx ainsi que la valeur NO.: des émissions de NOx sur le point de fonctionnement stabilisé déterminée à l'étape précédente, on calcule AN0x, puis on détermine la consigne NOxsi' dynamique d'émissions de NOx en appliquant l'équation (5). 20 iii. Calcul de la valeur instantanée des émissions générées par le transitoire de couple issu de la stratégie de limitation NOxdYn(t)_ : La valeur instantanée des émissions générées par le transitoire de couple issu de la stratégie de limitation NOxdYn (t) est donnée par : Ne(t)-0(Ne,tdr, Fiest (t)) (19) 25 Cette grandeur n'est pas utilisée dans le procédé. Cependant, elle informe sur la valeur des émissions produites lors du transitoire. Elle est en principe toujours inférieure à la valeur estimée des émissions générées par le transitoire de couple nominal. Dans l'équation (19), Fr est la composition admission estimée (même valeur que pour le calcul de NO,(t), NO,- NO S (17) sinon 3037549 19 équation (11)) et est la température maximale dans le cylindre calculée à partir de la consigne de couple corrigée Tes'Pg : tdyYin (Ne ,Tes'Pg) (20) 5 Etape 4) Déduction de la consigne de couple dynamique du moteur thermique Une fois la consigne calculée, NO xsP , le modèle d'émissions de NOx peut être inversé pour permettre le calcul d'une nouvelle consigne dynamique de couple TensPg du moteur thermique. Au sein du procédé de commande, le modèle de NOx a deux fonctions. Premièrement, il permet de calculer la réponse du système par rapport à une consigne de 10 couple issue de la stratégie d'optimisation statique et d'en déduire une consigne de NOx. Ensuite, il est inversé et il permet de calculer la trajectoire de couple qui satisfait cette consigne. Cette étape est illustrée en figure 3, par l'étape de « calcul de la demande de couple ». Dans le mode de réalisation décrit, on peut inverser les équations précédentes, 15 notamment (6) et (9). La trajectoire de couple corrigée est obtenue en inversant le modèle de température maximale cylindre décrit par l'équation (9) : Tes:g (Ne , TedyY/ n ) (21) La température correspond à la trajectoire de température maximale dans la chambre de combustion telle que les émissions respectent la consigne NOxsP . Le calcul de la 20 température tdyr s'obtient en inversant le modèle d'émissions donné par l'équation (3) et à partir de la consigne NOxsP et de l'estimation de la composition des gaz à l'admission : tdyr 0-1 (N e, NO ,s,P , Fies') (22) La fonction 0-1 peut s'écrire : 1 1'7 dyn cyl 1 (Ce2 a3 a6(1-cr7Fiest) (23) =a5+- NO,sP a4a1 \Ne 25 En combinant les équations (21) et (23), on obtient la consigne de couple dynamique du moteur Diesel 7' esnP g , cette consigne étant fonction du régime moteur Ne , de la fraction estimée de gaz brûlés dans le collecteur d'échappement Fies' et de la consigne NOxsP dynamique d'émissions de NOx. 3037549 20 Etape 5) Détermination de la consigne de couple dynamique de la machine électrique Le procédé selon l'invention, prévoit de compenser pendant le régime transitoire le couple du moteur thermique à l'aide d'au moins une machine électrique afin que la consigne 5 de couple à la roue soit satisfaite. Il est donc nécessaire de déterminer la consigne de couple dynamique de la machine électrique. Cette consigne de couple peut être obtenue en inversant l'équation (1) : T:0, Tpn - T:'Pg (24) 10 Etape 6) Application des consignes de couples dynamiques L'invention permet de déterminer les consignes de couple des moyens d'entraînement du système de propulsion hybride. En appliquant ces consignes au moteur thermique et à la machine électrique, on obtient une diminution des émissions polluantes, et on peut limiter également la consommation de carburant. 15 La période de l'optimisation dynamique est adaptée à des phénomènes physiques mis en jeu au niveau du moteur, en l'occurrence la production des émissions polluantes. Variantes de réalisation Dans le cas où le moteur thermique n'est pas équipé d'un circuit de recirculation des 20 gaz d'échappement, on peut écrire un modèle inversible d'émissions de NOx dépendant uniquement du régime du moteur et de la température dans le cylindre : NO,(t)= 0(Ne,tyi3O)- 0'(Ne,Tcy/), cette température dans le cylindre étant fonction de la consigne de couple du moteur thermique (tdyYin = yr(Ne,Teng)reste valable). De manière analogue au mode de réalisation préféré, ce modèle d'émission de NOx, est un modèle 25 semi-empirique obtenu par corrélation à des essais expérimentaux sur des bancs d'essai de moteurs. Par exemple, on peut réécrire l'équation (3), en supposant nulle la fraction des gaz brûlés dans le collecteur d'admission, ainsi on a : a( 3 Ne \ 2 ') Lorsqu'aucun circuit de recirculation des gaz d'échappement n'équipe le moteur 30 thermique, on peut inverser le modèle d'émissions de NOx : NO x(t) 0'(N e,tyi), afin de déduire la consigne de couple dynamique du moteur thermique : tdys'in = 0'1 (N e,N0,7) puis Te snPg (N e,tdyYin NO, = a (a4 cy/ - a5 r 5 3037549 21 Exemples comparatifs Afin de montrer les avantages du procédé de commande selon l'invention. Le procédé de commande selon l'invention est comparé à des procédés de commande selon l'art 5 antérieur. Les exemples ici proposés sont des validations expérimentales des résultats au banc moteur. Description des essais réalisés Cas d'application : 10 Véhicule utilitaire, masse : 2700kg Moteur Diesel 2.3L : 120kW Moteur électrique : 10kW Ce véhicule correspond à une motorisation hybride du type « Mild Hybrid ». En effet avec seulement 10kW pour la machine électrique pour une masse de 2700kg, un roulage en 15 tout électrique du véhicule (avec le moteur thermique éteint) n'est pas possible. Le procédé de commande a été testé et comparé au banc moteur sur le cycle WLTC qui sera le cycle d'homologation officiel à partir de la norme Euro7. Le moyen d'essai utilisé est un banc moteur haute dynamique avec baie d'analyse des gaz pour mesure des émissions polluantes. 20 Les résultats expérimentaux sont présentés en deux sections. Pour les deux sections, le cas référence correspond à un hybridation de type « Stop and Start ». La section 1 permet de comparer les résultats obtenus avec le procédé de commande selon l'invention, avec les résultats obtenus par une approche statique seule qui correspond 25 à l'état de l'art. La section 2 permet de comparer les résultats obtenus avec le procédé de commande selon l'invention, avec les résultat obtenus par à une approche en cascade d'optimisation statique et optimisation transitoire, conformément au procédé de commande décrit dans la demande de brevet FR 2 982 824 (US 2013/0131956). 30 Les valeurs de consommations et d'émissions polluantes sont légèrement différentes entre les deux sections du fait d'une évolution des réglages moteur entre la campagne d'essai de la section 1 et celle de la section 2. Les valeurs de la section 1 ne sont donc pas directement comparables avec celles de la section 2, mais on remarque qu'en relatif les gains sont très proches. 35 3037549 22 1. Description des résultats : Comparaison par rapport à l'approche statique seule Tableau 1 - Résultats des essais au banc moteur Consommation de Gain par Emissions de Gain par carburant rapport à la d'oxydes d'azote rapport à la [L/100km] référence [mg/km] référence [0/4 [(3/0] Cas 1.a : 9,82 467 Référence Cas 2.a :INV 9,18 7% 420 10% Cas 3.a : AA1 9,17 7% 454 3% 5 Le cas 1 correspond à un véhicule conventionnel avec hybridation du type « Stop and Start ». Il sert de référence pour évaluer les gains liés à l'hybridation. Le cas 2 correspond au procédé de commande selon l'invention INV. Le cas 3 correspond à une stratégie statique pure, qui correspond à l'état de l'art industriel AA1. 10 On observe que le procédé de commande selon l'invention permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote de manière plus importante que le procédé statique de l'art antérieur. Les figures 6a à 6d illustrent l'action du procédé de commande selon l'invention INV, et de la stratégie du cas 3, AA1 sur les émissions de NOx. On observe qu'une réduction 15 significative des émissions de NOx est atteinte (figure 6c). Les figures 6a et 6b illustrent les différences des couples de la machine électrique Tmot et du moteur thermique Teng entre le procédé selon l'invention INV et la stratégie statique AA1. On remarque que l'assistance de la machine électrique diffère pour diminuer les émission polluantes. De plus, on remarque sur la figure 6d que le régime du moteur Ne est sensiblement identique pour les deux 20 stratégies. 2. Description des résultats expérimentaux - Comparaison par rapport au brevet FR 2982824: Tableau 2 - Résultats des essais au banc moteur 25 Consommation de Gain par Emissions de Gain par carburant rapport à la d'oxydes d'azote rapport à la [L/100km] référence [mg/km] référence [0/4 [0/0] Cas 1.b : 9.97 395 Référence Cas 2.b : INV 9.19 7.8% 351 11.1% Cas 4.b : AA2 9.2 7.7% 378 4.3% 3037549 23 Le cas 1 correspond à un véhicule conventionnel avec hybridation du type « Stop and Start ». Il sert de référence pour évaluer les gains liés à l'hybridation. Le cas 2 correspond au procédé de commande selon l'invention INV. Le cas 4 correspond à une stratégie en cascade statique et transitoire, selon l'art 5 antérieur AA2 qui correspond à la demande de brevet FR 2982824. On observe que le procédé de commande selon l'invention INV permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote de manière plus importante que le procédé en deux étapes AA2. Par rapport à la référence Stop & Start, les gains sont plus que doublés. 10 Dans le cas 4 (AA2), la réduction des NOx en transitoire est aussi efficace que dans le cas 2 (INV) puisque la même stratégie transitoire est utilisée. Leur augmentation provient en fait de l'utilisation d'une autre couche d'optimisation pour réguler l'état de charge batterie. Celle-ci vient augmenter les NOx statiques en cherchant à recharger la batterie. Dans le cas 2 (INV), la régulation de l'état de charge batterie se fait directement dans la stratégie 15 transitoire et cette augmentation des NOx n'a pas lieu. Les figures 7a à 7d illustrent l'action du procédé de commande selon l'invention INV, et de la stratégie du cas 4 (AA2) sur les émissions de NOx. On observe qu'une réduction significative des émissions de NOx est atteinte (figure 7c). Les figures 7a et 7b illustrent les différences des couples de la machine électrique T't et du moteur thermique Teng entre le 20 procédé selon l'invention INV et la stratégie selon l'art antérieur AA2. On remarque que l'assistance de la machine électrique diffère pour la régulation de la charge de la batterie. De plus, on remarque sur la figure 7d que le régime du moteur Ne est sensiblement identique pour les deux stratégies. 25 REVENDICATIONS1) Procédé de commande d'un système de propulsion hybride, comprenant au moins une machine électrique et au moins un moteur thermique, ladite machine électrique étant alimentée par une batterie électrique, dans lequel on acquiert une consigne de couple du système de propulsion Tel,:,t, et dans lequel on construit un modèle d'émission d'oxydes d'azote (NOx) estimant les émissions dudit moteur thermique en fonction d'un couple Teng dudit moteur thermique, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on détermine une consigne dynamique NOxsP d'émission de NOx au moyen dudit modèle d'émission de NOx, de ladite consigne de couple dudit système de propulsion et d'un facteur de réduction , ledit facteur de réduction du pic de NOx étant dépendant de l'état de charge SOC de ladite batterie ; b) on détermine une consigne de couple dynamique TeSPPg dudit moteur thermique au moyen de ladite consigne NOxsP d'émission de NOx et dudit modèle d'émission de NOx ; c) on détermine une consigne de couple dynamique TmsPot de ladite machine électrique en fonction de ladite consigne de couple TeSnPg dudit moteur thermique ; et d) on applique lesdites consignes de couple dynamiques audit système de propulsion. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite machine électrique est dimensionnée pour apporter un couple supplémentaire au système de propulsion lors d'une accélération dudit système de propulsion. 3) Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite machine électrique fournit une puissance comprise entre 2 et 25 kW, de préférence entre 8 et 20 kW. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit facteur de réduction du pic de NOx est déterminé par une formule du type : 100 - .s'p Si SOC > SOCsp : .(SOC) = ..sp + (SOC - SOCsp) SOCup - SOCsp v'sp Si SOC 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite consigne dynamique NOxsP d'émission de NOx est déterminée par une formule du type : NO?= NO; + ANO, (1 100 5 avec : NO.s : valeur des émissions de NOx pour un point stabilisé, cette valeur est obtenue par un modèle semi-empirique dépendant de la consigne de couple TpswPt dudit système de propulsion, ANOx : amplitude du pic des émissions de NOx par rapport à un point stabilisé cible, et 10 : facteur de réduction du pic de NOx. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détermine une consigne de couple dynamique TeSnP g dudit moteur thermique en prenant en compte l'état de charge SOC de ladite batterie. 15 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on réalise les étapes a) à d) lors d'une accélération dudit système de propulsion. 8) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit moteur thermique 20 est équipé d'un système de recirculation des gaz d'échappement amenant des gaz brûlés dans un collecteur d'admission, en amont d'un cylindre dudit moteur thermique, ledit modèle d'émission de NOx étant fonction de la fraction de gaz brûlés Ffst dans ledit collecteur d'admission. 25 9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les émissions de NOx sont modélisées par la formule : NOx =a1 ( NT a3e Kyi a5),6(1_,,) 2 ) : coefficients de calage du modèle de NO,, : régime du moteur thermique, : température maximale dans le cylindre du moteur, dépendante avec al à a, Ne 30 T1 de ladite consigne de couple TpswPt dudit système de propulsion, 3037549 26 : fraction de gaz brûlés dans le collecteur l'admission si le moteur thermique est équipé d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, cette valeur étant nulle sinon, et 5 NOx : niveau d'émissions de NOx. 10) Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel la fraction de gaz brûlés Fr est déterminée par un modèle de la boucle d'air de la forme : (IFie8' (t) (t) dt FiP (t) = (t - tr(t)) kr (S 0 C) 10 avec z : constante de temps du filtre : i = Ne Ne : régime du moteur thermique, SOC : état de charge de la batterie, kr : paramètre de réglage de la dynamique des gaz brûlés : Si SOC > socup : kT(SOC) = kTSP + (SOC - SOC'P) SOC soc et . up 15 Si SOC 0 tr(t) - Ne(t) 0 sinon kr : paramètre de réglage. 25 11) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détermine la consigne de couple dynamique TeSnPg dudit moteur thermique par inversion dudit modèle d'émission de NOx. 12) Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication 30 et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un contrôleur, dans lequel il comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre , et 3037549 27 du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un contrôleur. 13) Système de propulsion hybride d'un véhicule constitué d'au moins une machine 5 électrique et d'au moins un moteur thermique, ladite machine électrique étant alimentée par une batterie, caractérisé en ce que le système de propulsion est commandé par le procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 11. 14) Véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système de 10 propulsion hybride selon la revendication 13.