Brevet FR3089463A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Procédé de détermination de l'autonomie d'un véhicule [0001] La présente invention concerne un procédé de détermination prédictive de l'autonomie d'un véhicule automobile muni d'un groupe motopropulseur électrique, notamment pour la détermination de l'autonomie des véhicules électrique ou des véhicules hybrides. [0002] L'autonomie moyenne des voitures électriques commercialisées actuellement permet de répondre à de nombreux trajets du quotidien, mais la réalisation de longs trajets est toujours problématique, notamment en raison du manque d'infrastructures de charge et de la durée de charge. A cet égard, la précision et la robustesse de l'estimation de l'autonomie résiduelle du véhicule sont des prestations critiques pour le conducteur. L'autonomie réalisée dépend essentiellement de la capacité des batteries de traction utilisées par le véhicule. Il est cependant particulièrement difficile d'estimer précisément l'autonomie réelle d'un véhicule électrique. Elle dépend notamment de la capacité de la batterie du véhicule, qui dépend elle-même de plusieurs autres facteurs comme la température, le vieillissement, ou encore la précision des capteurs. En outre, la notion d'autonomie a plusieurs significations et les annonces relatives à l'autonomie fournies au conducteur peuvent lui paraître incohérentes et non robustes. La notion d'autonomie peut ainsi prendre différentes formes d'expression, parmi lesquelles : [0003] - l'autonomie prévisionnelle, telle qu'affichée par le tableau de bord du véhicule, avec ou sans destination sélectionnée, sur la base d'un état système connu et d'un environnement de circulation donné, [0004] - l'autonomie théorique, correspondant à une capacité système nominale (batterie neuve chargée à 100%), [0005] - l'autonomie additionnelle, correspondant à une extension de la capacité de la batterie, etc. [0006] On connaît par exemple du document EP 2 837 539, une méthode de détermination de l'autonomie d'un véhicule, basée sur un calcul de la consommation énergétique sur un trajet donné, qui prend en considération le rendement du groupe motopropulseur électrique du véhicule pour obtenir une détermination plus précise de l'autonomie. [0007] On connaît également du document FR 2 958 744, une méthode de gestion du rayon d'action d'un véhicule électrique en fonction du modèle de consommation d'énergie du véhicule et de la quantité d'énergie disponible, qui vise à estimer un ensemble de positions géographiques situées à une limite atteignable pour le véhicule. [0008] On connaît encore du document WO 2017/079811 une méthode d'estimation de 2 l'autonomie d'un véhicule électrique basée sur l'analyse des phases d'accélération et de freinage récupératif du véhicule en fonction du couple et de la vitesse de rotation du moteur électrique, et en tenant compte également du poids du véhicule. [0009] Aujourd'hui, le manque de cohérence perçue des différentes annonces d'autonomie (annonce théorique, annonce affichée par le tableau de bord, annonces d'atteignabilité d'une destination sélectionnée dans le système de navigation...) est une cause majeure d'insatisfaction ressentie par les conducteurs de véhicules électriques. En l'état, il n'y pas de gestion transversale de cohérence des différentes formes d'expression de l'autonomie du véhicule susceptibles d'être fournies au conducteur. Les différentes formes d'autonomie annoncées étant basées sur des hypothèses et méthodes différentes, les écarts entre les annonces d'autonomie et les attentes du conducteur sont souvent importants. [0010] En d'autres termes, on constate, dans les véhicules électriques actuelles, que la zone d'atteignabilité du véhicule telle qu'affichée sur l'écran de navigation et l'autonomie résiduelle du véhicule telle qu'affichée sur le tableau de bord, ne sont pas à même de fournir une information suffisamment pertinente pour le conducteur. En effet, d'une part, l'autonomie résiduelle consiste le plus souvent en une extrapolation de la consommation moyenne passée à la capacité résiduelle de la batterie. D'autre part, l'autonomie résiduelle est définie comme étant indépendante de la destination, ou plus précisément des routes susceptibles d'être empruntées, de sorte que la zone d'atteignabilité résultante affichée est représentée sous la forme d'un disque superposé sur la carte et centré sur la position courante du véhicule. Autrement dit, la zone d'atteignabilité est affichée en se basant sur une distance dite « à vol d'oiseau », d'où une zone d'atteignabilité circulaire Un facteur de correction pour tenir compte des différences entre la route dite « à vol d'oiseau » et la route réelle pour se rendre à une destination donnée peut être appliqué. [0011] Cette mise en oeuvre présente plusieurs problèmes. En premier lieu, l'extrapolation de la consommation passée n'est pertinente que si les conditions des voyages à venir sont statistiquement représentatives des voyages passés sur lesquels la consommation moyenne a été calculée. En outre, la zone d'atteignabilité réelle n'est pas un cercle, dans la mesure où il existe différentes routes pour atteindre une destination unique, chacune correspondant à un chemin énergétique différent pour le véhicule. Par conséquent, pour certains itinéraires, il peut exister des divergences importantes entre l'autonomie résiduelle annoncée sur le tableau de bord et la position de la destination sélectionnée dans la zone d'atteignabilité affichée. Ainsi, une destination sélectionnée dans la zone d'atteignabilité peut néanmoins être calculée comme étant inaccessible par le module de calcul d'atteignabilité du véhicule sur la base du routage réel et du trafic prédictif. A l'inverse, une destination sélectionnée en dehors de la zone 3 d'atteignabilité peut être calculée comme étant accessible. [0012] En d'autres termes, la zone d'atteignabilité ne peut pas valablement être représentée un disque. Par conséquent, unc représentation unique de l'autonomie résiduelle du véhicule ne peut pas permettre de décrire la complexité des limites des destinations réellement accessibles par le véhicule. [0013] Dans cc contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de déter- mination prédictive de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique exempt des limitations précédemment évoquées et, en particulier, qui soit à même de fournir un compromis à la fois fiable et robuste entre la complexité du périmètre de la zone d'atteignabilité et la simplicité d'une information de distance unique comme métrique d'atteignabilité. [0014] A cette fin, l'invention concerne un procédé de détermination prédictive de l'autonomie d'un véhicule muni d'au moins un groupe motopropulseur électrique alimenté par une batterie de traction du véhicule, ledit procédé étant caractérisé en cc qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - identification d'un ensemble de routes entre unc position initiale du véhicule et un ensemble de points de référence définis sur la base d'un critère unique de distance minimale par rapport à ladite position initiale et distribuées radialement par rapport à ladite position initiale, l'ensemble de points de référence définissant unc zone d'atteignabilité, - pour chacune des routes identifiées dans la zone d'atteignabilité, estimation d'une trajectoire d'état de charge de la batterie le long de ladite route et détermination d'une limite cl'atteignabilité sur la base d'un critère d'atteignabilité prédéfini, - détermination d'une distance maximale potentielle atteignable dans toutes les directions à partir des trajectoires d'état de charge estimées en limite d'atteignabilité, - détermination de l'autonomie du véhicule à partir d'un modèle statistique établi sur la base d'une distribution cumulative des distances maximales potentielles déterminées. [0015] De préférence, la détermination de la distance maximale potentielle atteignable dans toutes les directions comprend des étapes préalables de : - modélisation d'une distribution angulaire de la trajectoire d'état de charge de l'ensemble des routes sur la base d'une identification de segments de route dudit ensemble de routes partageant des niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel de la batterie, - sélection d'un sous-ensemble de routes à partir de ladite distribution angulaire sur la base de critères de sélection comprenant au moins des valeurs minimale et maximale de niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel de la batterie, - estimation d'une consommation énergétique moyenne pour chaque route de ce sous-ensemble de routes, ladite distance maximale potentielle atteignable dans toutes les directions étant déterminée à partir de ladite consommation énergétique moyenne. [0016] Avantageusement, la consommation énergétique moyenne estimée pour chacun des points en limite d'atteignahilité pour lesquels l'état de charge résiduel de la batterie est supérieur au critère d'atteignahilité, est utilisée pour extrapoler la distance maximale potentielle atteignablc. [0017] De préférence, la détermination de l'autonomie comprend la détermination d'un critère d'indice de confiance pour ladite autonomie, où ledit critère d'indice de confiance reflète la correspondance entre une valeur de densité de distribution et une distance maximale potentielle selon ledit modèle statistique établi. [0018] Avantageusement, l'estimation d'une trajectoire d'état de charge de la batterie sur chacune des routes identifiées est réalisée à partir d'une valeur courante d'état de charge, d'un modèle de consommation énergétique du véhicule et/ou d'une estimation des conditions de trafic et/ou d'une estimation des conditions météorologiques et/ou d'un modèle des conditions topologiques liées à la route. [0019] Avantageusement, l'estimation d'une trajectoire d'état de charge de la batterie sur chacune des routes identifiées est réalisée en fonction d'au moins un mode de roulage électrique du véhicule. [0020] Avantageusement, ledit au moins un mode de roulage du véhicule comprend un mode normal et un mode d'économie d'énergie. [0021] Un tel mode d'économie d'énergie par rapport au mode normal permet par exemple de brider la vitesse maximale du véhicule, de diminuer la puissance du moteur en l'adaptant à un certain type de conduite, typiquement à une conduite urbaine, et permet en outre de limiter sensiblement certaines fonctionnalités de l'habitacle consommatrices d'énergie, telles que le chauffage et/ou la climatisation. [0022] Avantageusement, la sélection dudit sous-ensemble de routes peut être ajustée par l'application d'un critère de sélection supplémentaire définissant un taux de couverture des routes sélectionnées. [0023] D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la des- cription faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0024] [fig.1] illustre schématiquement les modules principaux composant l'algorithme de détermination prédictive de l'autonomie selon l'invention ; [0025] [fig.2] illustre schématiquement, selon un premier exemple, une carte de distribution radiale des destinations potentielles autour de la position initiale du véhicule et définissant la zone d'atteignabilité du véhicule dans une phase d'initialisation, suivant des co- ordonnées de latitude et de longitude ; [0026] [fig.3] illustre schématiquement un deuxième exemple de carte de zone d'atteignabilité, dans une configuration différente de la position initiale du véhicule ; [0027] [fig.4] illustre schématiquement un exemple de carte montrant un ensemble de trajectoires d'état de charge triées par rapport à des niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel de la batterie à partir d'un ensemble de routes identifiées dans la zone d'atteignahilité prédéfinic; [0028] [fig.5] illustre schématiquement un premier exemple de distribution de niveaux d'énergie résiduels de la batterie pour une zone d'atteignabilité selon l'exemple de la figure 2 ; [0029] [fig.6] illustre schématiquement un deuxième exemple de distribution de niveaux d'état de charge résiduels de la batterie pour une zone d'atteignahilité selon l'exemple de la figure 3 ; [0030] [fig.7] illustre schématiquement une distribution cumulative des distances maximales potentielles parcourues jusqu'au périmètre de la zone d'atteignahilité ou extrapolées à partir de ce périmètre. [0031] La présente invention repose sur la définition d'un nouveau type de mesure pour dé- terminer l'autonomie d'un véhicule électrique, qui sera nommé dans la suite « autonomie synthétique ». [0032] On peut actuellement distinguer quatre définitions principales de métriques relatifs à l'autonomie d'un véhicule. L'autonomie commerciale est l'autonomie du véhicule en référence à des cycles d'homologation du véhicule correspondant à une autonomie moyenne en conditions de roulage dites « réelles ». L'autonomie cumulée correspond à la somme des kilométrages parcourus sur une charge complète du véhicule pour différents cycles de roulage cumulés en condition réelles. L'autonomie potentielle correspond à l'autonomie prévisionnelle du véhicule, sans hypothèse de trajet, soit dans toutes les directions potentiellement, à partir d'un instant donné, d'une position initiale et du statut énergétique de la batterie du véhicule à cet instant donné. La capacité d'atteignabilité du véhicule définit enfin le statut d'atteignabilité d'une destination à partir d'un instant donné, d'une position initiale et du statut du véhicule au moment du départ. Le calcul du routage vers la destination fournit la distance à atteindre. [0033] Ces quatre définitions génériques correspondent à des définitions différentes et donc à des valeurs d'autonomie différentes, en opposition avec l'attente du conducteurn, qui 6 recherche une certaine cohérence entre les différentes indications d'autonomie attendues. L'invention qui va être décrite propose d'utiliser des algorithmes d'estimation d'autonomie potentielle, sans hypothèse de trajet, i.c. qui reposent sur l'estimation d'un maximum de trajets potentiels omnidirectionnels jusqu'à épuisement de l'énergie, pour construire une nouvelle métrique d'autonomie dite « synthétique », visant à assurer la cohérence entre les quatre types d'autonomie attendus. [0034] On va maintenant décrire plus en détail l'algorithme de calcul de l'autonomie syn- thétique proposé par l'invention. [0035] Une première étape correspond à la mise en oeuvre d'un algorithme de calcul de la zone d'atteignabilité RA du véhicule. Cette première étape consiste tout d'abord à calculer une iso-distance à partir d'un point de départ donné du véhicule ou position initiale. Cette iso-distance représente un critère unique de distance minimale par rapport à cette position initiale, permettant d'initialiser l'algorithme de calcul de la zone d'atteignabilité RA du véhicule. L'initialisation de l'algorithme s'effectue ainsi à l'aide d'une fonction définissant un ensemble de points accessibles par la route à partir de la position initiale et qui sont positionnés à une distance donnée. En fonction de l'interface de programmation du logiciel de navigation disponible sur le véhicule, on pourra appliquer une iso-distance basée sur la distance de conduite ou de roulage. A noter qu'on pourrait également appliquer une iso-distance dite « à vol d'oiseau » dans cette phase d' initialisation, de façon à accélérer le calcul de la zone d'atteignabilité RA. Dans ce cas, la zone d'atteignabilité RA affichée initialement n'est pas une zone dite « à vol d'oiseau », mais une zone dont les limites se déduisent des routes calculées pour atteindre l'ensemble de destinations définies par la distance à vol d'oiseau de la position initiale. [0036] Plus précisément, en référence à la figure 1 illustrant schématiquement les modules principaux composant l'algorithme de calcul de l'autonomie synthétique, la phase d'initialisation est mise en oeuvre par les modules référencés 1, 1.1 et 2 sur la figure 1. Le module 1 correspond à un module connu d'estimation de l'autonomie prévisionnelle du véhicule. Sur la base de l'état de charge résiduel de la batterie SOC_résiduel à l'instant d'initialisation ou au moment de départ estimé, d'un modèle de consommation moyenne passée Avrg_conso et de la capacité nominale de la batterie Nom_capa, le module 1 est conçu pour estimer une distance de conduite prévisionnelle. [0037] Pour compenser des écarts potentiels entre les conditions de conduite passées et futures, la distance de conduite prévisionnelle ainsi estimée peut être surévaluée de 5 % à 10 %. La valeur de surévaluation peut être adaptée en fonction de la distance de conduite prévisionelle estimée (plus cette distance est grande, plus les écarts potentiels entre les conditions de conduite passées et futures sont faibles). 7 [0038] Sur la hase de cette distance de conduite prévisionnelle estimée, un module 1.1 est conçu pour calculer un nombre de points de référence à prendre en compte pour la résolution de la fonction d' iso-distance. Ce nombre de points de référence correspond à un facteur de sous-échantillonnage, permettant de réaliser un compromis entre la durée de calcul, la résolution angulaire et la robustesse par rapport à la « complexité » de la zone de conduite (dispersion topologique, densité routière, diversité de vitesse maximale, etc.). [0039] Un module 2 génère ensuite un ensemble de points de référence correspondant au nombre de points de référence déterminé précédemment, positionnés à iso-distance de la position initiale du véhicule POS INIT et correspondant à une distribution angulaire homogène, préférentiellement à 360° autour de la position initiale. La position initiale correspond au point à partir duquel l'estimation est réalisée. Pendant le trajet, il s'agit de la position courante. Dans une autre variante de réalisation, il peut également s'agir de la position de départ d'un trajet planifié (par exemple un point de départ hypothétique différent de la position courante, qui peut être la destination du trajet en cours, par exemple dans le but d'estimer la capacité du véhicule à atteindre un point de charge (borne de recharge de la batterie) après ce trajet ou de réaliser une estimation d'atteignahilité d'une destination supplémentaire, par exemple un retour au point initial). En plus de l'information spatiale relative au lieu de départ, la position initiale peut en outre intégrer avantageusement une information temporelle, relative à une heure de départ correspondante, car elle peut avoir un impact notamment sur les conditions de trafic et météorologiques, qui peuvent être prises en compte par les algorithmes d'estimation, comme il sera vu par la suite. [0040] La figure 2 illustre un exemple d'un tel ensemble de points de référence positionnés à iso-distance, par exemple 180 km, autour de la position initiale POS_INIT du véhicule. Cet exemple concerne une zone présentant une forte densité de routes et une relative homogénéité angulaire, typiquement un réseau autoroutier radial, avec une topologie relativement homogène) [0041] L'ensemble de ces destinations potentielles positionnées à iso-distance de la position initiale POS_INIT est par exemple calculé en utilisant la fonction dite d'itinéraire le plus court de l'algorithme de navigation du véhicule. Dans cet exemple, dans un rayon de 180 km autour de la position initiale POS_INIT, la seule limitation est la densité routière, de sorte que le périmètre reliant l'ensemble des destinations à l'iso-distance de POS_INIT est proche d'un disque. Généralement, à mesure que la distance résiduelle augmente, la fonction d'itinéraire produit par l'algorithme de navigation du véhicule tend à favoriser les itinéraires à grande vitesse (autoroute) jusqu'à ce que l'itinéraire final tende à converger vers un itinéraire dit « à vol d'oiseau ». [0042] La figure 3 illustre un autre cas de figure de génération des destinations potentielles à 8 iso-distance de POS INIT dans le cas où la position initiale POS_INIT du véhicule est située proche d'une côte maritime. [0043] Dans cet exemple, la position initiale POS_INIT est représentée par la ville de Saint- Lô, située en Rance. La figure 3 montre ainsi une autre carte d'iso-distance à 180 km autour de la position initiale POS INIT, où la topologie particulière de la zone, ici les limites de la côte maritime, empêche d'atteindre des distances maximales de conduite dans les directions concernées par ces limites, symbolisées par les traits en pointillés. Autrement dit, cet exemple permet d'illustrer la prise en compte des limitations topologiques de la zone en question et notamment la prise en compte du cas particulier pour lequel la distance maximale atteignable, s'entendant par la route, (« drive to empty ») n'est pas possible dans toutes les directions. [0044] Cette phase d'initial isation, qui vient d'être décrite, permet donc de définir un ensemble de destinations potentielles sous-échantillonnées, qui sont définies sur la hase d'un critère unique de distance minimale par rapport à la position initiale du véhicule et qui sont distribuées radialcment par rapport à cette position initiale, suivant un balayage à 360°. Ces ensembles de points sous-échantillonnés correspondent à r initialisation des calculs itératifs et adaptatifs de la zone d'atteignabilité RA et de l'autonomie synthétique SA, qui vont maintenant être décrits plus en détail, toujours en référence à la figure 1. [0045] En premier lieu, à partir de cet ensemble de destinations potentielles à iso-distance de la position initiale POS JNIT, un module 3 de recherche de routes est conçu pour identifier un ensemble de routes entre cette position initiale du véhicule et cet ensemble de destinations potentielles définies par une distance minimale par rapport à la position initiale et correspondant à une distribution radiale homogène autour de cette position initiale. [0046] Une fois que cet ensemble de routes a été identifié, l'étape suivante consiste, dans un module 4, à réaliser une estimation d'une trajectoire d'état de charge de la batterie le long de chacune des routes de l'ensemble de routes identifié et à définir le point maximal atteignable sur cette route, dit autrement la « fin » de route. [0047] La trajectoire d'état de charge de la batterie le long d'une route donnée correspond à une suite temporelle de valeurs d'état de charge correspondant à l'évolution dans le temps de cet état de charge le long de cette route. [0048] Les trajectoires d'état de charge estimées par le module 4 pour chaque route de l'ensemble de routes sont déterminées à partir d'une valeur initiale d'état de charge de la batterie et sont fortement sensibles notamment au mode de roulage du véhicule fourni en entrée. Elles peuvent en outre être fonction d'autres paramètres fournis en entrée, comprenant un modèle de consommation énergétique du véhicule et/ou une estimation des conditions de trafic et/ou une estimation des conditions météorologiques 9 et/ou un modèle des conditions topologiques liées à la route. [0049] On définit également la « fin » de route sur la base d'un critère d'atteignahilité. Il existe différentes méthodes pour définir ce critère d'atteignahilité. On peut par exemple comparer l'état de charge résiduel estimé de la batterie à un seuil nul et considérer que la fin de route est atteinte lorsque l'état de charge résiduel estimé de la batterie devient égal à 0%. On peut également comparer l'état de charge résiduel estimé de la batterie à un seuil non nul, par exemple 5%, de façon à tenir compte d'une éventuelle erreur d'estimation de l'état de charge. [0050] On identifie ensuite, dans un module 5, des points sur l'ensemble des routes identifiées correspondant à des niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel de la batterie. Autrement dit, une distribution angulaire de l'état de charge résiduel de l'ensemble des routes est modélisée sur la hase d'une identification de segments de route qui partagent des niveaux prédéfinis communs d'état de charge résiduel de la batterie. [0051] La figure 4 illustre un exemple de carte montrant un ensemble de trajectoires d'état de charge triées par rapport à des niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel de la batterie. A noter que cc type de carte n'a pas vocation à être utilisée pour un affichage à destination du conducteur. Elle est fournie à titre d'illustration de la méthode de l'invention. La zone d'atteignahilité est calculée à partir de la position initiale POS INIT selon les principes exposés ci-dessus et l'état de charge initial de la batterie est de 100%. Dans cet exemple, 128 routes, distribuées de manière homogène autour de la position initiale POS_INIT, ont été identifiées en utilisant par exemple le critère d'itinéraire le plus rapide de l'algorithme de navigation du véhicule. L'utilisation de 128 routes est ici donnée à titre d'exemple, sachant que dans le cadre d'une mise en oeuvre régulière du calcul de l'autonomie synthétique, en fonction de l'autonomie et de la densité du réseau routier, un nombre inférieur d'itinéraires serait suffisant, par exemple 32 ou 64. Le long de chaque itinéraire, les différents segments de route s'étendant depuis la position initiale POS_INIT vers la destination potentielle sur le périmètre de l'iso-distance initiale sont représentés par des codes graphiques différents correspondant aux différents niveaux prédéfinis d'état de charge résiduel (SOC), du plus élevé vers le plus faible, respectivement : [0052] SOC>15%, [0053] 15%