Brevet FR3075132A1 — publié le 20190621

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE QUANTITE D'ENERGIE POUR UN SYSTEME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE [1] Le domaine de ('invention concerne un procede d'estimation d'une quantite d'energie necessaire pour un systeme de conditionnement thermique d'habitacle d'un vehicule lors du roulage d'un parcours planifie. [2] On connait le document W02014022026_A1 decrivant une solution de pre-conditionnement thermique de l'habitacle lors de la recharge electrique d'un vehicule. Ce document decrit une estimation de la duree de conditionnement a partir de la temperature instantanee pour atteindre une temperature cible en fin de recharge. [3] II est egalement connu dans l'etat de la technique le document US20150134206_A1 decrivant un systeme d'estimation de la puissance consommee par les systemes d'un vehicule automobile hybride pour la gestion de la repartition de la puissance de traction durant un parcours planifie. Plus precisement, ce systeme planifie la puissance de traction necessaire pour chaque segment d'un parcours et adapte la puissance delivree au systeme de conditionnement thermique au cours du trajet en fonction de la puissance de traction planifiee. [4] Par consequent, en cas de besoin important pour le conditionnement thermique de l'habitacle (en refroidissement ou en chauffage), la temperature d'habitacle peut devenir incommodante pour les passagers si la puissance de traction necessaire est trop importante. En termes d'agrement de conduite cette situation n'est pas acceptable. De plus, si les besoins futurs pour le conditionnement thermique de l'habitacle sont mal estimes la decharge de la batterie sera plus importante que prevue, et it se peut que le vehicule ne parvienne pas a la destination planifiee avec la reserve d'energie initiale. Dans le cas d'un vehicule hybride, une planification erronee de la gestion energetique entraine le fonctionnement du groupe motopropulseur avec une reserve faible d'energie c'est-a-dire dans des plages de fonctionnement non optimales. Par consequent, le bilan de consommation d'energie fossile n'est pas optimal. [5] Pour resoudre ce probleme, la demanderesse a depose par le passé le document brevet FR3037025_A1 decrivant un procede de controle de la decharge de la batterie optimal. Le procede decrit dans la demande prevoit pour executer un parcours planifie d'estimer des besoins energetiques futurs, notamment pour le systeme de conditionnement thermique en fonction des conditions exterieures du parcours, et d'adapter tout au long du parcours la repartition de la puissance de traction 2 entre le moteur thermique et la machine electrique en fonction des besoins futurs. Dans ce document, il est decrit la prise en compte d'une part d'une puissance necessaire pour converger vers une temperature cible et d'autre part d'une puissance pour maintenir I'habitacle a la temperature cible. [6] L'objet de cette invention est de proposer un procede optimal d'estimation de la quantite 5 d'energie a reserver pour les besoins de conditionnement thermique de I'habitacle pour executer un parcours planifie. Un autre objectif de ('invention est de proposer un procede d'estimation necessitant peu de ressources de calcul. [7] Plus precisement, ('invention concerne un procede d'estimation d'une quantite d'energie necessaire pour un systeme de conditionnement thermique d'habitacle d'un vehicule lors du roulage 10 d'un parcours planifie comportant le calcul d'une premiere quantite d'energie pour converger vers une consigne de temperature et le calcul d'une deuxieme quantite d'energie pour maintenir la temperature de I'habitacle a la consigne de temperature, la premiere quantite d'energie et la deuxieme quantite d'energie etant calculees respectivement au moyen d'un premier et d'un deuxieme modeles predetermines en fonction de la consigne de temperature, d'un parametre representatif de 15 la temperature de l'air exterieur et d'un parametre representatif d'un ensoleillement. Selon ('invention, les premier et deuxieme modeles determinent des valeurs de puissance applicable pour le calcul des premiere et deuxieme quantites d'energie respectivement par cartographie predeterminee de puissance. [8] Selon une variante, les valeurs de puissance applicable sont determinees par cartographie en 20 fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees, de la consigne de temperature et du parametre representatif de la temperature de l'air exterieur. [9] Selon une variante, la premiere quantite d'energie et la deuxieme quantite d'energie sont calculees en outre en fonction d'une duree de convergence, un troisieme modele determinant des valeurs de la duree de convergence applicable par cartographie predeterminee de duree de 25 convergence. [10] Selon une variante, les valeurs de la duree de convergence applicables sont determinees par cartographie en fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees, de la consigne de temperature et du parametre representatif de la temperature de l'air exterieur. [11] Selon une variante, le procede comporte en outre les etapes de calcul d'une duree de 30 convergence restante apres la detection du declenchement du systeme de conditionnement 3 thermique, et ('actualisation de la premiere quantite d'energie et de la deuxieme quantite d'energie en fonction de la duree de convergence restante. [012] Plus precisement, la duree de convergence restante est determinee a partir d'une estimation de la duree d'activation du systeme de conditionnement thermique et de la duree de convergence. 5 [013] Selon une variante, la duree d'activation du systeme de conditionnement thermique est calculee par calcul d'integration temporelle d'un signal de donnee representatif de ('activation du systeme de conditionnement. [014] Selon une variante, la consigne de temperature est une valeur figee et programmee avant le roulage du parcours planifie. 10 [015] II est prevu selon ('invention un dispositif de controle pour un vehicule automobile configure pour mettre en oeuvre le procede selon l'un quelconque des modes de realisation precedents. [16] II est prevu egalement un vehicule automobile comprenant un tel dispositif de controle. [17] L'invention est une solution de calcul qui requiere peu de ressources de calcul s'appuyant sur des modeles empiriques obtenus par essais sur les vehicules. Cette solution d'estimation permet 15 d'obtenir une estimation precise des besoins futurs avant le roulage du parcours afin de controler optimalement la decharge de la batterie du vehicule lors du roulage du parcours. Grace au procede d'estimation, on determine precisement une quantite d'energie restante pour la traction du vehicule de maniere a adapter le seuil de demarrage du moteur thermique. [18] D'autres caracteristiques et avantages de la presente invention apparaitront plus clairement a 20 la lecture de la description detainee qui suit comprenant des modes de realisation de ('invention donnes a titre d'exemples nullement limitatifs et illustres par les dessins annexes, dans lesquels : la figure 1 represente schematiquement un organigramme representant un module d'estimation des besoins energetiques pour un systeme de conditionnement de l'habitacle conformement a ('invention, 25 . la figure 2 represente un module determinant par cartographie predeterminee la puissance de convergence applicable. [19] L'invention concerne le domaine de la planification de parcours pour controler la decharge d'un accumulateur d'energie d'un vehicule automobile rechargeable et plus precisement le domaine de la gestion thermique d'un systeme de conditionnement thermique de vehicule. Un dispositif de controle 4 du vehicule a calculateurs a circuits integres, tel le superviseur du vehicule, est configure pour mettre en oeuvre le procede d'estimation d'une quantite d'energie necessaire pour le systeme de conditionnement thermique d'habitacle. L'invention s'applique de preference a un vehicule hybride de maniere a adapter le seuil de demarrage du moteur thermique en fonction d'une quantite d'energie 5 restante dediee a la traction pour un mode de roulage hybride et pour executer un parcours planifie. Ce choix est realise pour assurer des prestations de confort en habitacle acceptables pour les passagers et pour reduire la consommation d'energie fossile. [20] La figure 1 represente plus precisement un module d'estimation 1 du dispositif de controle en charge d'estimer des besoins energetiques du systeme de conditionnement thermique du vehicule 10 automobile. Le module d'estimation 1 permet de calculer avant et durant le roulage d'un parcours une quantite d'energie necessaire pour le roulage du parcours planifie pour respecter une consigne de temperature programmee. L'invention s'applique preferentiellement pour un vehicule automobile rechargeable (electrique, hybride electrique) de maniere a controler optimalement Ia decharge d'une batterie. Le procede d'estimation des besoins energetiques comporte Ia determination de puissance 15 et de quantites d'energie qui sont, dans le cadre d'un vehicule hybride electrique, des puissances electriques de consommation prelevees sur un systeme de batterie, exprimees en watts, et des quantites d'energies electriques dechargees sur un systeme de batterie exprimees en joules ou wattheures. De plus, les parametres de duree sont exprimes en unite de temps (secondes, minutes ou heures). On precise de plus que Ia notion de quantite d'energie fait reference a une reserve d'energie 20 attribuee pour le besoin de conditionnement thermique de l'habitacle. [21] Typiquement, un systeme de conditionnement thermique est un systeme de type pompe a chaleur destine a refroidir et chauffer l'habitacle du vehicule. Ce systeme comporte un compresseur alimente electriquement par un circuit d'alimentation electrique du vehicule comprenant une ou plusieurs batteries electriques. Pour son fonctionnement, le systeme de conditionnement thermique 25 puise de renergie electrique qu'il est necessaire d'anticiper pour le roulage d'un parcours planifie calcule par un systeme de navigation du vehicule. Un systeme de conditionnement de type chauffage electrique peut etre egalement pris en compte dans revaluation des besoins electriques du vehicule. Ce dernier systeme fonctionne generalement en phase initiale de roulage tant que le moteur thermique n'a pas atteint une temperature de fonctionnement suffisante pouvant etre exploitee pour 30 le besoin thermique habitacle. [22] A cet effet, comme on le voit en figure 1, le module d'estimation 1 recoit en entrée des donnees tO, D1, D2, D3, D4, D5. La duree tO est la duree totale prevue de roulage pour executer le parcours planifie, D1 est un parametre representatif de l'ensoleillement auquel le vehicule est susceptible d'être 5 exposé durant le parcours planifie, D2 est un parametre representatif de la temperature de I'air exterieur durant le parcours, D3 est la consigne de temperature programmee par defaut dans le systeme de conditionnement thermique, D4 est un signal de donnee representatif de ('activation d'un premier systeme de conditionnement thermique, tel une pompe a chaleur et D5 est un signal de 5 donnee representatif de ('activation d'un deuxieme systeme de conditionnement thermique, tel un chauffage electrique. [23] On notera que tO est la valeur de la duree totale du parcours entre le point de localisation du vehicule sur le parcours et le point de destination. De plus, le procede d'estimation est execute en prenant en compte deux signaux D4, D5 provenant de deux systemes de conditionnement thermique. 10 Toutefois dans une variante de realisation, il peut y avoir un seul signal de donnee representatif de ('activation d'un unique systeme de conditionnement, ou trois signaux ou plus, en cas de presence de trois systemes de conditionnement thermique ou plus dans le vehicule. [24] Le parametre d'ensoleillement D1 et le parametre de temperature exterieur D2 proviennent d'un systeme de navigation, d'un systeme de prevision meteorologique apte a collecter ces 15 informations relatives aux conditions exterieures de roulage ou d'un systeme de capteurs du vehicule. La consigne de temperature D3 est definie par defaut a une valeur figee, par exemple 20°c environ. Cette valeur est le resultat d'une observation statistique demontrant que cette consigne est la plus representative des usages d'un vehicule. L'utilisation d'une valeur figee de temperature reduit les ressources de calculs necessaire pour la mise en oeuvre du module d'estimation 1. Dans une variante, 20 il est envisageable que D3 puisse etre programmee avant le roulage du parcours planifie par le conducteur. [25] Les parametres D1, D2, D3 sont destines a etre exploites par des modules de calcul du module d'estimation 1 pour estimer les besoins energetiques. Plus precisement, le module d'estimation 1 comporte un module 13 de calcul d'une duree de convergence t2 en temperature vers la consigne de 25 temperature, un module 11 de calcul d'une puissance Pcv a fournir pour la phase de convergence et un module 12 de calcul d'une puissance Pst a fournir pour maintenir la temperature a la consigne de temperature. [26] Le procede d'estimation selon ('invention comporte le calcul d'une premiere quantite d'energie E_cv pour converger vers la consigne de temperature et le calcul d'une deuxieme quantite d'energie 30 E_st pour maintenir la temperature de l'habitacle a la consigne de temperature. La premiere quantite d'energie E_cv et la deuxieme quantite d'energie E_st sont calculees respectivement au moyen d'un premier et d'un deuxieme modeles predetermines en fonction de la consigne de temperature D3, du 6 parametre D2 representatif de la temperature de l'air exterieur et du parametre D1 representatif de I'ensoleillement. [027] De plus, comme illustre par la figure 1, la premiere quantite d'energie E_cv de convergence est calculee en fonction d'au moins une duree de convergence t2, une puissance Pcv est multipliee par la 5 duree t2. Les blocs « X » sont des multiplicateurs, les blocs « - » sont des soustracteurs, le bloc « + » est un soustracteur, les blocs « 0 » fournissent des valeurs d'initialisation des calculs a zero, le bloc « > » retourne la valeur la plus elevee entre les deux valeurs a ses entrées. En cas d'allumage d'un des deux systemes de conditionnement thermique, la puissance Pcv est multipliee par la valeur t2 a laquelle est soustraite la duree restante t3 pour calculer la premiere quantite d'energie. La deuxieme 10 quantite d'energie de maintien E_st est calculee en fonction d'au moins une duree de maintien t4, une puissance Pst est multipliee par la duree t4. La duree de maintien t4 est egale a tO-t2 tant qu'un systeme de conditionnement thermique n'est pas allume, ou t4=t043, en cas d'allumage d'un des deux systemes de conditionnement thermique. En outre, le troisieme module 13 determine des valeurs de la duree de convergence applicable t2. 15 [028] Afin de reduire les ressources de calcul necessaires pour ('estimation de la quantite d'energie demandee par le systeme de conditionnement, les premier et deuxieme modeles des modules 11, 12 determinent des valeurs de puissance applicables Pcv, Pst pour le calcul de la premiere quantite d'energie de convergence E_cv et pour le calcul de la deuxieme quantite d'energie de maintien E_st respectivement par cartographie predeterminee de puissance. 20 [029] Plus precisement, les valeurs de puissances applicables sont determinees par cartographie en fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees, de la consigne de temperature D3 et du parametre representatif de la temperature de l'air exterieur D2. Les puissances applicables sont des valeurs de puissance de consommation electrique sur un systeme de batterie du vehicule et sont exprimees en watts ou kilowatts. 25 [030] De plus, le troisieme module du module 13 determine egalement des valeurs de la duree de convergence t2 applicable par cartographie predeterminee de duree de convergence. Identiquement a la cartographie de puissance, les valeurs de la duree de convergence applicables sont determinees par cartographie en fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees, de la consigne de temperature et du parametre representatif de la temperature de l'air exterieur. 30 [031] En figure 2, on a represents le module 11 de calcul de la puissance de convergence Pcv. Ce module recoit en entrée une valeur d'ensoleillement D1 pouvant etre comprise entre des valeurs predeterminees x1 et xn, une valeur de temperature exterieure D2 et une valeur de consigne de 7 temperature D3, id 20°c par defaut. A partir d'une cartographie representant des courbes de puissances C1, C2, Cj, Cn pour respectivement chacune des valeurs predeterminees d'ensoleillement x1 a xn (ici representees par quatre courbes pour des valeurs de D1 egales a x1, x2, xj et xn), le modele du module 11 determine la valeur de la puissance applicable Pcv fournie par la cartographie en 5 fonction de la valeur d'ensoleillement D1, de la temperature exterieure D2 et de la consigne D3. [32] Les calculs de la puissance de maintien Pst et de la duree de convergence t2 exploitent le meme processus de determination par cartographie en fonction de la valeur d'ensoleillement D1, de la temperature exterieure D2 et de la consigne D3. [33] La cartographie a ete determinee en conception du vehicule et couvre les situations de roulage 10 attendues pour le vehicule. Le procede exploite une cartographie pour chaque modele de puissance et de duree de convergence (les modules 11, 12, 13), chaque cartographie ayant un nombre de courbes qui est egal au nombre de valeurs d'ensoleillement predeterminees choisies en conception. Les cartographies sont memorisees en memoire du dispositif de controle lors du parametrage du vehicule. Ainsi, une quantite d'energie necessaire est determinable sans recours a des calculs complexes avant 15 le roulage du parcours et seulement a partir de l'ensoleillement D1 prevu sur le parcours (ayant en correspondance Ia valeur predeterminee d'ensoleillement a appliquer parmi les valeurs x1 a xn), de Ia temperature exterieure D2 prevue et de Ia consigne de temperature D3. De plus, le procede d'estimation des quantites d'energie comporte des etapes d'actualisation de Ia quantite d'energie E_tha au cours du roulage du parcours. 20 [034] Un autre avantage de l'invention est que le dispositif de controle du vehicule est en mesure de piloter un procede optimal de controle de la decharge grace a une estimation precise de la quantite d'energie. Cette estimation necessite peu de ressources de calcul du fait qu'elle est basee sur des cartographies obtenues empiriquement lors de la conception du vehicule. [035] Par ailleurs, comme on le volt en figure 1, le module d'estimation 1 comporte un module 14 de 25 calcul de la duree d'activation t1 du systeme de conditionnement thermique. Ce module permet avantageusement d'ajuster les calculs de la duree de convergence t2 et de la duree de maintien t4 en fonction de l'etat d'activation des systemes de conditionnement thermique. Ainsi, tant que les systemes de conditionnement thermique ne sont pas actives, la quantite d'energie E_tha reservee pour le besoin habitacle est planifiee en prenant en compte l'integralite de l'energie relative a la phase 30 de convergence, qui dans la plupart des cas represente la demande en energie la plus importante. [036] La duree d'activation t1 calculee par le module 14 est calculee par calcul d'integration temporelle d'un signal de donnee representatif de l'activation du systeme de conditionnement. Ce 8 signal de donnee est fonction de l'etat d'activation des signaux D4, D5 collectes en entrée du module 14 par un bloc de detection logique 141 de type « OU », s'activant des qu'au moins un des deux systemes de conditionnement est actif. La sortie du bloc de detection logique « OU » est ensuite lue par un bloc integrateur temporel 142 transmettant un signal t1 representatif de la duree d'activation. 5 [037] A partir de la duree d'activation t1, le procede comporte alors le calcul d'une duree de convergence restante t3 apres la detection du declenchement du conditionnement thermique, et ('actualisation durant le roulage du parcours planifie de la premiere quantite d'energie E_cv et de la deuxieme quantite d'energie E_st en fonction de la duree de convergence restante t3. La duree de convergence restante t3 est obtenue en soustrayant la duree d'activation t1 de la duree de 10 convergence initiale t2, t3=t241. La duree de maintien t4 est obtenue en soustrayant la duree de convergence restante t3 de la duree du parcours tO. [038] Finalement, la quantite d'energie necessaire E_tha = E_cv +E_st=Pcv*t3 +Pst*t4. Pcv et Pst sont les puissances calculees par les modeles 11, 12. On notera que ces puissances sont attribuees pour ('ensemble du parcours planifie pour calculer la quantite d'energie REVENDICATIONS1. Procede d'estimation d'une quantite d'energie (E_tha) necessaire pour un systeme de conditionnement thermique d'habitac.le d'un vehicule lors du roulage d'un parcours- planifie, le procede etant mis en oeuvre par un module d'estimation (1) d'un dispositif de controle du vehicule en charge d'estimer des besoins energetiques du systeme de conditionnement thermique du vehicule et cornportant le calcul d'une premiere quantite d'energie (E_cv) de convergence vers une consigne de temperature (D3) et le calcul d'une deuxieme quantite d'energie (E_st) de maintien de Ia temperature de l'habitacle a la consigne de temperature, Ia premiere quantite d'energie (E_cv) et la deuxieme quantite d'energie (Est) etant calculees respectivement au moyen d'un premier (11) et d'un deuxierrie (12) modeles predetermines en fonction de la consigne de temperature (D3), d'un parametre (D2) representatif de la temperature de l'air exterieur et d'un parametre (D1) representatif d'un ensoleillement, le procede etant caracterise en ce que les premier et deuxieme modeles (11, 12) determinent des valeurs de puissance applicable (Pcv, Pst) pour le calcul des premiere et deuxieme quantites d'energie (E_cv, E_st) respectivement par cartographie predeterminee de puissance memorisee en memoire du dispositif de controle. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que les valeurs de puissance applicable sont determinees par cartographie en fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees (x1-xn), de la consigne de temperature (D3) et du parametre representatif de la temperature de l'air exterieur (D2). 3. Procede selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que la premiere quantite d'energie (E_cv) et la deuxieme quantite d'energie (E_st) sont calculees en outre en fonction d'une duree de convergence (t2), un troisienne module (13) determinant des valeurs de la duree de convergence applicable (t2) par cartographie predeterminee de duree de convergence. 4. Procede selon Ia revendication 3, caracterise en ce que les valeurs de la duree de convergence applicables sont determinees par cartographie en fonction de valeurs d'ensoleillement predeterminees (x1-xn), de Ia consigne de temperature (D3) et du parametre representatif de Ia temperature de l'air exterieur (D2). 5. Procede selon la revendication 3 ou 4, caracterise en ce qu'il comporte en outre les etapes de calcul d'une duree de convergence restante (t3) apres la detection du declenchement du 10 systeme de conditionnement thermique, et ('actualisation de la premiere quantite d'energie (E_cv) et de Ia deuxieme quantite d'energie (E_st) en fonction de la duree de convergence restante (t3). 6. Procede selon Ia revendication 5, caracterise en ce que la duree de convergence restante (t3) est determinee a partir d'une estimation de Ia duree d'activation (t1) du systeme de 5 conditionnement thermique et de la duree de convergence (t2). 7. Procede selon Ia revendication 6, caracterise en ce que la duree d'activation (t1) du systeme de conditionnement thermique est calculee par calcul d'integration teniporelle d'un signal de dorm& (D4 ; D5) representatif de ('activation du systeme de conditionnement. 8. Procede selon ('une quelconque des revendications 1 a 7, caracterise en ce que Ia 10 consigne de temperature (D3) est une valeur figee et programmee avant le roulage du parcours planifie 9. Module d'estimation d'un dispositif de controle d'un vehicule en charge d'estimer des besoins energetiques d'un systeme de conditionnement thermique du vehicule automobile, caracterise en ce qu'il est configure pour mettre en oeuvre le procede selon ('une quelconque des 15 revendications 1 a 8. 10. Vehicule automobile comprenant un module d'estimation d'un dispositif de controle selon la revendication 9.