Brevet FR3073189A1 — publié le 20190510

PROCEDE DE GESTION DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE DE TRACTION POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE [1] Le domaine de l'invention concerne un procédé de contrôle d'un groupe motopropulseur de véhicule pour la gestion de la puissance électrique de traction. [2] Les véhicules automobiles à motorisation hybride électrique peuvent comprendre plusieurs machines de traction permettant l'opération de plusieurs modes de roulage du véhicule, par exemple un mode de traction tout électrique, couramment désigné par l'acronyme ZEV pour « Zero [missions Vehicule » en anglais et un mode de traction hybride. Chaque mode de traction requière une configuration de fonctionnement spécifique afin d'optimiser notamment la consommation d'énergie du véhicule. Dans le cas d'un véhicule hybride électrique comportant une machine électrique de traction coopérant avec un moteur à combustion thermique, il est courant de configurer différents niveaux de puissance maximale électrique consommable par la machine de traction électrique en fonction du mode de traction sélectionné. Par exemple, en mode de traction ZEV, le superviseur du véhicule ou le système de gestion de la batterie traction autorise un niveau de puissance électrique de traction qui est généralement supérieur au niveau de puissance configuré pour le mode de traction hybride. Cette stratégie énergétique permet de réduire la consommation électrique du fait de la disponibilité du moteur thermique. [3] Cependant, lors d'une transition d'un mode de traction à l'autre, la modification du niveau autorisé de puissance maximale électrique de traction peut provoquer une sensation de perte de puissance non désirée. Des stratégies connues de gestion de l'énergie visent à résoudre les problèmes de rupture de couple lors d'une transition de mode de traction. On connait par exemple le document FR3044993_A1 décrivant une solution proposant une réserve de puissance délivrée lors d'un passage d'un mode de traction à l'autre. Toutefois, la mise en réserve réduit les performances de puissance de traction du véhicule lors du roulage ZEV. [4] L'invention propose une solution de gestion énergétique améliorée permettant d'empêcher les ruptures de couple lors d'un changement de mode de traction tout en maintenant des performances acceptables de traction électrique. [5] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un groupe motopropulseur de véhicule pour la gestion de la puissance électrique de traction, ledit véhicule comportant au moins une machine de traction électrique alimentée par une batterie de traction, le véhicule pouvant fonctionner 2 selon au moins un premier et un deuxième mode de traction, le procédé comportant la configuration d'un premier et d'un deuxième niveau autorisé de puissance maximale électrique consommable par la machine de traction électrique lorsque le véhicule fonctionne dans le premier et le deuxième mode de traction respectivement. Selon l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il consiste à 5 retarder l'instant de modification du premier niveau vers le deuxième niveau après l'instant de déclenchement du passage du premier vers le deuxième mode de traction jusqu'à la détection d'au moins une condition autorisant ladite modification. [6] Selon une variante, la modification du premier niveau vers le deuxième niveau n'est autorisée qu'en cas de détection de l'écoulement d'une durée prédéterminée après l'instant de déclenchement 10 du passage du premier vers le deuxième mode de traction. [7] Selon une autre variante, la modification du premier niveau vers le deuxième niveau n'est autorisée qu'en cas de détection de la fin du passage du premier vers le deuxième mode de traction. Plus précisément, il peut être prévu deux variantes de détection de la fin du passage du premier vers le deuxième mode de traction. Dans une première variante, la fin du passage du premier vers le 15 deuxième mode de traction est détectée lorsqu'une procédure de démarrage d'une deuxième machine de traction est terminée, et dans une deuxième variante, la fin du passage du premier vers le deuxième mode de traction est détectée lorsqu'en outre une opération de mise en transmission de couple d'un organe de couplage relié à l'arbre de sortie de la deuxième machine de traction est terminée. 20 [008] Selon une variante du procédé, le premier niveau autorisé de puissance maximale électrique consommable par la première machine de traction est supérieur au deuxième niveau autorisé. [009] Il est prévu selon l'invention un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur piloté par un dispositif de contrôle, dans lequel le dispositif de contrôle est configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents. 25 [010] Le décalage temporel de la modification du niveau autorisé de puissance électrique de traction par le procédé de contrôle permet d'éviter une rupture de couple durant la transition du changement de mode de traction. L'agrément de conduite est ainsi amélioré, car on évite ainsi une baisse de vitesse du véhicule, notamment lors d'un passage d'un mode de traction tout électrique vers un mode de traction hybride. 3 [11] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un groupe motopropulseur de véhicule 5 hybride apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ; la figure 2 représente un module de gestion énergétique du groupe motopropulseur configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ; la figure 3 est un graphique représentant les niveaux autorisés de puissance électrique configurés par le procédé selon l'invention lors d'une transition d'un mode de traction ZEV 10 vers un mode de traction hybride pour le groupe motopropulseur de la figure 1. [12] La figure 1 illustre le groupe motopropulseur 1 d'un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur hybride électrique comportant un moteur thermique de traction 10, un organe de couplage 11 de type embrayage reliant le moteur thermique de traction 10 et l'arbre primaire d'une boite de vitesses 13. De plus, une machine de traction électrique 12 est attelée à l'arbre primaire de la 15 boite de vitesses afin de fournir une puissance de traction électrique. Il est prévu également une batterie de traction 14 alimentant en énergie électrique la machine électrique de traction 12. Le niveau de puissance maximale électrique délivrable à la machine électrique de traction 12 par la batterie de traction 14 pour la puissance de traction électrique est configurable en fonction d'un ou plusieurs signaux d'information représentatifs du fonctionnement du groupe motopropulseur. 20 [013] Le groupe motopropulseur 1 comporte également un dispositif de contrôle 15 configuré pour mettre en oeuvre des fonctions de pilotage du groupe motopropulseur, notamment les fonctions de gestion de l'énergie électrique du groupe motopropulseur. Le dispositif de contrôle 15 peut être constitué d'une unité de commande centralisée composée d'un calculateur à circuits intégrés, couramment appelée ECU pour « Electric Control Unit » en anglais ou superviseur, ou de plusieurs 25 modules de commande pouvant être répartis entre plusieurs organes du groupe motopropulseur, tels que le moteur thermique, la boite de vitesses ou le système de gestion de la batterie. [014] En particulier, comme illustré par la figure 2, l'invention prévoit un module de gestion 20 de la puissance électrique de traction en charge de déterminer le niveau autorisé de la puissance maximale électrique de traction du véhicule consommée par la machine électrique de traction. Le niveau 30 autorisé de la puissance maximale est configurable selon au moins deux niveaux prédéterminés PM1, PM2, chacun des niveaux prédéterminés étant associé spécifiquement à un mode de traction du 4 véhicule. L'arbitrage entre les niveaux autorisés est déterminé en fonction d'au moins un signal d'information Smtr représentatif du mode de traction sélectionné du véhicule. [015] De préférence, l'arbitrage est également fonction d'un signal d'information Ssoc représentatif du niveau d'état de charge de la batterie de traction afin d'adapter la consommation électrique selon 5 la réserve d'énergie électrique disponible. D'autres paramètres peuvent être considérés pour l'arbitrage, comme par exemple des paramètres inhérents au fonctionnement de la batterie de traction ou des paramètres Sgmp inhérents au fonctionnement du groupe motopropulseur, tels que l'état d'allumage du moteur thermique ou une valeur de couple moteur pouvant être générée par d'autres machines de traction du groupe motopropulseur le cas échéant. 10 [016] En particulier, le signal Smtr est transmis par une interface de commande 21 pour la sélection des modes de roulage du véhicule. Dans cette configuration, le véhicule automobile peut être configuré dans au moins un premier mode de traction ZEV dans lequel la puissance de traction du véhicule est fournie uniquement par la machine de traction électrique et un deuxième mode de traction dit hybride dans lequel la puissance de traction du véhicule peut être fournie par la machine 15 de traction électrique et le moteur thermique simultanément. D'autres modes de roulage peuvent être prévus et informés par le signal Smtr, tel qu'un mode de traction dit sportif maximisant les performances de roulage au moyen des machines de traction disponibles, ou un mode de traction dit économe, privilégiant la réduction de la consommation énergétique par rapport aux performances de roulage. L'invention peut s'appliquer pour des véhicules disposant d'autres modes de roulage. 20 L'interface de commande 21 est manipulable par le conducteur au moyen par exemple d'un bouton de sélection, d'un écran tactile ou d'un menu contextuel logiciel, permettant au conducteur de choisir un mode de traction voulu. [017] On notera que le module de gestion 20 est apte à détecter le déclenchement du passage vers le mode de traction hybride à partir du signal Smtr transmis par l'interface de commande et/ou à partir 25 des paramètres Sgmp, notamment lorsqu'une demande d'allumage du moteur thermique est activée. Le mode de traction hybride peut être déclenché manuellement par le conducteur ou automatiquement par un programme de pilotage du dispositif de contrôle du groupe motopropulseur. En outre, le module de gestion 20 est apte à détecter la fin du passage vers le mode de traction hybride HY, c'est-à-dire l'instant à partir duquel le moteur thermique est disponible pour fournir de la 30 puissance de traction aux roues. [018] Par ailleurs, le signal Ssoc est transmis par un module de gestion 22 de la batterie de traction et est apte à transmettre tout type d'information relatif au fonctionnement de la batterie de traction au 5 moyen du signal d'information Ssoc, notamment l'état de charge de la batterie. Il est prévu également que le module de gestion 20 puisse recevoir tout type d'information relatif au fonctionnement du groupe motopropulseur au moyen du signal d'information Sgmp issu d'un module de commande 24 ou bus de communication. 5 [019] Plus précisément, le module de gestion 20 de la puissance électrique de traction est apte à transmettre une consigne (de type instruction de limitation de puissance ou signal d'information) CSmax_mel à un module de pilotage 23. La consigne CSmax_mel est représentatif d'un niveau autorisé de la puissance maximale électrique consommable par la machine de traction électrique à partir de l'énergie de la batterie de traction du véhicule à un instant donné de roulage. Le niveau autorisé est 10 choisi parmi les au moins deux niveaux prédéterminés PMI., PM2. [20] Par ailleurs, le module de pilotage 23 est en charge de commander la machine de traction électrique à partir de consignes, telles que des consignes de régime, des consignes de couple moteur, ou consignes de couple de freinage. La consigne CSmax_mel transmise au module 23 détermine donc les plages de fonctionnement de la machine électrique de traction afin de respecter la puissance 15 maximale électrique autorisée. [21] Par exemple, une stratégie de gestion énergétique peut prévoir que, lorsque le mode de traction ZEV est sélectionné, la puissance électrique consommable par la machine électrique de traction soit configurée à un niveau autorisé de 50 kW, tandis que lorsque le mode de traction hybride est sélectionné, la puissance électrique consommable par la machine électrique de traction soit configurée 20 à un niveau autorisé inférieur, par exemple de 40 kW, du fait de la disponibilité de la traction thermique et pour réduire la consommation électrique du groupe motopropulseur. Ces valeurs sont citées à titre d'exemple et ne limitent en aucun cas l'invention. [22] On décrit maintenant à partir de la figure 3 l'application du procédé de contrôle pour la gestion de la puissance électrique de traction pour le groupe motopropulseur décrit en figure 1. Des signaux 25 d'information du groupe motopropulseur sont représentés graphiquement le long d'un axe d'abscisse temporel. Sur l'axe des ordonnées on a représenté les valeurs de puissance pour la traction du véhicule exprimées en kW. Un premier signal CSmax_mel est représenté en trait pointillé et indique le niveau autorisé de puissance maximale électrique pour la traction électrique, un deuxième signal CSmax_mth est représenté en trait pointillé de longueur supérieure et indique le niveau autorisé de puissance 30 maximale pour la traction thermique et un troisième signal Pmax_TRtot est représenté en train plein et indique le niveau autorisé de puissance maximale totale pour la traction du véhicule. Deux valeurs de puissance maximale sont représentées sur l'axe des ordonnées. 6 [023] Dans cet exemple, le procédé de contrôle du groupe motopropulseur configure un premier niveau PM1 de puissance maximale pour la traction électrique (50 kW dans ce cas-ci) spécifiquement attribué pour le mode de traction ZEV et configure un deuxième niveau PM2 (40kW) de puissance maximale pour la traction électrique spécifiquement attribué pour le mode de traction hybride HY. 5 Plus précisément, la situation de roulage représentée en figure 3 débute avec un fonctionnement du véhicule configuré en mode de traction ZEV et illustre un passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction hybride HY. Dans ce scénario, on précise que lorsque le mode de traction ZEV est activé avant l'instant t1 la machine électrique de traction fonctionne au niveau de puissance maximale électrique PM1. 10 [024] Selon l'invention, le procédé de contrôle du groupe motopropulseur pour la gestion de la puissance électrique de traction consiste à retarder l'instant t2 de modification du premier niveau PM1 vers le deuxième niveau PM2 après l'instant de déclenchement t1 du passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction HY jusqu'à la détection d'au moins une condition autorisant la modification. On évite ainsi l'éventualité d'une rupture de couple durant la transition des modes de traction en cas 15 de roulage électrique opéré à la puissance maximale autorisée pour la machine électrique. [25] Pour remplir cet objectif, le procédé comporte tout d'abord la détection du déclenchement du passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction hybride à l'instant t1, à partir des signaux d'information Smtr et/ou des signaux d'information Sgmp. Le déclenchement du changement de mode de traction peut être effectué manuellement par le conducteur à partir de l'interface de commande 20 des modes de roulage, ou automatiquement par un module de pilotage du groupe motopropulseur, tel que le module de pilotage du moteur thermique ou un module de supervision de la stratégie énergétique du véhicule. Le procédé comporte ensuite la modification du niveau autorisé de puissance électrique pour la machine de traction électrique en fonction d'une ou plusieurs conditions de détection. Ces conditions de détection sont spécifiquement attribuées à la modification du niveau 25 autorisé de manière à permettre un décalage temporel et la disponibilité de la puissance de traction alternative, dans le cas du groupe motopropulseur 1 il s'agit de la puissance de traction thermique. [26] Selon une première variante du procédé, la modification du premier niveau PM1 vers le deuxième niveau PM2 n'est autorisée qu'en cas de détection de l'écoulement d'une durée prédéterminée D après l'instant t1. La durée prédéterminée D est configurée en conception du 30 véhicule et le contrôle de l'écoulement de la durée D est mis en oeuvre par un temporisateur par exemple. La modification du signal CSmax_mel du premier niveau PM1 vers le deuxième niveau PM2 autorisé de puissance maximale électrique est appliquée à l'instant t2 lorsque la durée D s'est écoulée. 7 Il n'y a donc pas de rupture de couple durant le passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction HY entre les instants t1 et t2. [27] Pour cette architecture de groupe motopropulseur hybride, la durée prédéterminée D est configurée en fonction d'une estimation du temps nécessaire pour exécuter la procédure de 5 démarrage du moteur thermique et pour terminer l'opération de mise en transmission de couple de l'embrayage reliant le moteur thermique à la boite de vitesses, par exemple entre quelques centaines de millisecondes jusqu'à 2 secondes généralement. Néanmoins, pour garantir la disponibilité de la puissance de traction, la durée prédéterminée D peut être égale ou supérieure au temps nécessaire pour exécuter la procédure de démarrage et l'opération de mise en transmission de couple du moteur 10 thermique. [28] Dans une variante du procédé, afin de garantir la disponibilité de la puissance de traction thermique, la modification du niveau autorisé de puissance maximale électrique n'est autorisée qu'en cas de détection de la fin du passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction hybride. Plus précisément, la fin du passage du mode de traction correspond à un état prédéterminé de 15 fonctionnement du groupe motopropulseur dans lequel le moteur thermique est en situation de transmission de couple aux roues. Cet état est détectable à partir de signaux d'information du groupe motopropulseur, tels que l'état de fonctionnement du moteur thermique en état allumé et régime tournant et de l'embrayage en état de verrouillage. [29] En effet, il est envisageable que la durée prédéterminée D ne se synchronise pas dans toutes les 20 situations de roulage avec l'instant de fourniture de la puissance de traction thermique aux roues. C'est le cas par exemple si la procédure de démarrage du moteur thermique est déclenchée en décalage de l'instant t1, ou est retardée pour une cause exceptionnelle. [30] Il est donc prévu une variante du procédé pour résoudre cette situation particulière. Conformément à l'architecture du groupe motopropulseur décrit en figure 1, dans une première 25 fonction de détection, la fin du passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction hybride HY est détectée lorsque la procédure de démarrage du moteur thermique du groupe motopropulseur est terminée. On considère que la procédure de démarrage est terminée lorsque le vilebrequin du moteur thermique a atteint le régime et/ou le couple nécessaire pour faire avancer le véhicule à la vitesse de consigne du conducteur. Le procédé de contrôle assure ainsi le respect d'une des conditions 30 nécessaires pour que le moteur thermique soit en capacité de transmettre une puissance de traction thermique et retarde ainsi le déclenchement de la commande de modification du niveau autorisé de puissance maximale électrique après l'instant t1. 8 [31] De plus, dans une autre variante du procédé, selon une deuxième fonction de détection, la fin du passage du mode de traction ZEV vers le mode de traction hybride HY est détectée lorsqu'en outre une opération de mise en transmission de couple de l'embrayage est terminée. Cet évènement est détectable à partir des signaux d'information représentatifs de l'état de fonctionnement de 5 l'embrayage et retarde le déclenchement de la commande de modification du niveau autorisé de puissance maximale électrique après l'instant t1. [32] De préférence, le premier niveau autorisé PM1 de puissance maximale électrique consommable par la première machine de traction en mode ZEV est supérieur au deuxième niveau autorisé PM2 en mode hybride. La différence de niveau permet de réduire la consommation électrique du véhicule 10 hybride du fait de la disponibilité du moteur thermique. [33] On précisera que la modification du niveau autorisé peut être conditionnée uniquement par la détection de l'écoulement de la durée prédéterminée D après l'instant de déclenchement du passage de mode de traction, ou uniquement par la détection de la fin du passage du mode de traction commandé, ou par la réalisation desdites deux conditions de détection à la fois. 15 [034] On a décrit en figure 3 le passage d'un mode de traction ZEV vers un mode de traction hybride. Toutefois, le procédé peut s'appliquer pour d'autres changements de mode de traction, par exemple d'un mode de traction ZEV vers un mode de traction économe ou tout autre mode de traction ayant un niveau autorisé de puissance électrique de traction différent du mode de traction initial, et toujours dans l'éventualité que le niveau autorisé de puissance de traction électrique diffère d'un mode de 20 traction à l'autre. [035] De plus, on a décrit l'application du procédé pour un groupe motopropulseur hybride conformément à la figure 1. Néanmoins, l'invention s'applique pour d'autres architectures hybrides prévoyant plusieurs modes de traction ayant respectivement des niveaux autorisés spécifiques de puissance électrique de traction. Le procédé s'applique également aux véhicules électriques disposant 25 d'une ou plusieurs machines de traction électriques nécessitant une transition pour le changement de mode de traction, et toujours dans l'éventualité que le niveau autorisé de puissance de traction électrique consommable par une machine électrique diffère d'un mode de traction à l'autre. Dans le cas d'un véhicule électrique, un mode de traction peut se différencier d'un autre mode de traction lorsque le nombre de machines électriques de traction participant au déplacement du véhicule diffère 30 entre les deux modes, REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un groupe motopropulseur (1) de véhicule pour la gestion de la puissance électrique de traction, ledit véhicule comportant au moins une machine de traction électrique (12) alimentée par une batterie de traction (14), le véhicule pouvant fonctionner selon au moins un premier et un deuxième mode de traction (ZEV, HY), le procédé comportant la configuration d'un premier (PM1) et d'un deuxième niveau (PM2) autorisé de puissance maximale électrique consommable par la machine de traction électrique (12) lorsque le véhicule fonctionne dans le premier (ZEV) et le deuxième mode de traction (HY) respectivement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à retarder l'instant (t2) de la modification du premier niveau (PM1) vers le deuxième niveau (PM2) après l'instant (t1) de déclenchement du passage du premier (ZEV) vers le deuxième mode de traction (HY) jusqu'à la détection d'au moins une condition autorisant ladite modification. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification du premier niveau (PM1) vers le deuxième niveau (PM2) n'est autorisée qu'en cas de détection de l'écoulement d'une durée prédéterminée (D) après l'instant (t1) de déclenchement du passage du premier (ZEV) vers le deuxième mode de traction (HY). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la modification du premier niveau (PM1) vers le deuxième niveau (PM2) n'est autorisée qu'en cas de détection de la fin du passage du premier (ZEV) vers le deuxième mode de traction (HY). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fin du passage du premier (ZEV) vers le deuxième mode de traction (HY) est détectée lorsqu'une procédure de démarrage d'une deuxième machine de traction (10) est terminée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fin du passage du premier (ZEV) vers le deuxième mode de traction (HY) est détectée lorsqu'en outre une opération de mise en transmission de couple d'un organe de couplage (11) relié à l'arbre de sortie de la deuxième machine de traction (10) est terminée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier niveau (PM1) autorisé de puissance maximale électrique consommable par la première machine de traction (12) est supérieur au deuxième niveau (PM2) autorisé. 10 7. Véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur (1) piloté par un dispositif de contrôle (15), caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (15) est configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.