Brevet FR3088281A1 — publié le 20200515

L'invention concerne l'optimisation de la consommation énergétique d'un véhicule automobile et plus particulièrement un procédé de contrôle de la chaîne de traction d'un véhicule automobile permettant d'optimiser la consommation d'énergie nécessaire au déplacement dudit véhicule. Dans un véhicule automobile, il est connu d'optimiser la consommation en énergie de la chaîne de traction. Une telle optimisation peut être réalisée sur le carburant, sur l'énergie électrique ou sur les deux à la fois. De manière connue, l'optimisation peut être réalisée en utilisant le principe connu sous le nom de maximum de Pontryagin (PMP). Cette méthode consiste à 10 minimiser la fonction Hamiltonienne (ou Hamiltonien) d'un paramètre du véhicule, par exemple sa vitesse ou la durée du trajet. Cependant, lorsqu'on applique ce principe à la force appliquée aux roues du véhicule en tenant compte d'un modèle physique réaliste incluant notamment tous les effets résistifs à l'avancement comme les frottements de l'air dépendant de la vitesse et 15 de la vitesse au carré, la résolution d'une telle équation n'a pas de solution analytique directe, de telle sorte qu'il n'est pas possible d'obtenir une équation directe de la consommation optimale du véhicule à partir de la force appliquée aux roues, ce qui présente un inconvénient important. Il existe donc le besoin d'une solution efficace permettant de remédier au moins en partie à cet inconvénient. 20 A cette fin, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de contrôle de la chaîne de traction d'un véhicule automobile entre la localisation courante dudit véhicule et un point d'arrivée, ledit procédé comprenant les étapes de : - calcul d'une force de traction optimale théorique à appliquer aux roues du véhicule en l'absence de frottements pour permettre au véhicule de rouler sur un 25 trajet prédéterminé permettant d'acheminer le véhicule de son point courant jusqu'au point d'arrivée, ladite force de traction optimale théorique optimisant au moins un paramètre de déplacement du véhicule, - détermination d'une force de frottement appliquée au véhicule à partir de la vitesse du véhicule à la localisation courante du véhicule, 30 - calcul de la force optimale réelle à appliquer aux roues pour permettre au véhicule de rouler sur le trajet prédéterminé à partir de la force de traction optimale théorique calculée et de la force de frottement déterminée, - application d'une force de traction aux roues du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est strictement supérieure à un seuil prédéterminé ou 35 bien inapplication d'une force aux roues du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil 2 prédéterminé ou bien application d'une force de freinage aux roues du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est strictement inférieure à zéro. Le procédé selon l'invention permet d'optimiser la consommation énergétique du véhicule de manière efficace et rapide. Le procédé permet notamment de calculer la 5 force optimale réelle par une solution directe utilisant des calculs simples d'une force de traction optimale théorique et d'une force de frottement puis en agissant selon que cette force optimale réelle est supérieure ou non à un seuil prédéterminé et positive ou négative. L'optimisation de la consommation énergétique du véhicule est ainsi aisée et fiable, rendant le véhicule plus efficace. Le cas d'inapplication d'une force aux roues du 10 véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil prédéterminé concerne essentiellement la traction par moteur thermique, qui ne peut pas produire de couple « utile » inférieur au couple de frottements internes, sinon le moteur peut caler. De préférence, le seuil prédéterminé est calculé en fonction de l'état de 15 fonctionnement de la chaîne de traction du véhicule, par exemple en temps réel, avant de commander la chaîne de traction. Ce seuil peut aussi être déterminé en usine au préalable et enregistré dans une zone mémoire d'un calculateur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape préliminaire 20 de détermination du trajet permettant au véhicule d'aller de son point courant jusqu'au point d'arrivée. Le trajet peut être déterminé avant que le véhicule ne commence à rouler, par exemple lorsque le point d'arrivée est déterminé par saisie de la destination sur un affichage embarqué, ou bien à tout instant en temps réel entre le point courant du véhicule (c'est-à-dire l'endroit où le véhicule se trouve) et le point d'arrivée prédit par un 25 système de navigation prédictif. Avantageusement, l'au moins un paramètre de déplacement du véhicule à optimiser est la vitesse du véhicule et/ou la durée du trajet. L'invention concerne également un calculateur de contrôle de la chaîne de traction d'un véhicule automobile entre la localisation courante dudit véhicule et un point 30 d'arrivée, ledit calculateur étant configuré pour : - calculer une force de traction optimale théorique à appliquer aux roues du véhicule en l'absence de frottements pour permettre au véhicule de rouler sur un trajet prédéterminé permettant d'acheminer le véhicule de son point courant jusqu'au point d'arrivée, ladite force de traction optimale théorique optimisant au 35 moins un paramètre de déplacement du véhicule, - déterminer une force de frottement appliquée au véhicule à partir de la vitesse du véhicule à la localisation courante du véhicule, 3 - calculer une force optimale réelle à appliquer aux roues pour permettre au véhicule de rouler sur le trajet prédéterminé à partir de la force de traction optimale théorique calculée et de la force de frottement déterminée, - commander la chaîne de traction afin d'appliquer une force de traction aux roues 5 du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est strictement supérieure à un seuil prédéterminé, commander la chaîne de traction afin de n'appliquer aucune force aux roues du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil prédéterminé et commander la chaîne de traction afin d'appliquer une force de freinage aux roues du véhicule lorsque la force optimale réelle calculée est strictement inférieure à zéro. Avantageusement, le calculateur est configuré pour déterminer le seuil prédéterminé en temps réel en fonction de l'état de fonctionnement de la chaîne de traction du véhicule ou bien préalablement en usine. Selon un aspect de l'invention, le calculateur est configuré pour déterminer un trajet permettant au véhicule d'aller de son point courant jusqu'au point d'arrivée. Le calculateur peut être configuré pour déterminer le trajet avant que le véhicule ne commence à rouler, par exemple lorsque le point d'arrivée est déterminé par saisie de la destination sur un affichage embarqué, ou bien à tout instant en temps réel entre le point courant du véhicule (c'est-à-dire l'endroit où le véhicule se trouve) et le point d'arrivée prédit par un système de navigation prédictif. De manière avantageuse, l'au moins un paramètre de déplacement du véhicule à optimiser est la vitesse du véhicule et/ou la durée du trajet. L'invention concerne également un véhicule, notamment automobile, 25 comprenant des roues, une chaîne de traction de ladite pluralité de roues et un calculateur, tel que présenté ci-avant, de contrôle de ladite chaîne de traction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets 30 semblables. - La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation du véhicule selon l'invention. - La figure 2 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention. On a représenté à la figure 1 une forme de réalisation du véhicule 1 selon 35 l'invention. Dans cet exemple, le véhicule 1 est un véhicule automobile à moteur hybride sans que cela ne soit limitatif de la portée de la présente invention. En effet, l'invention 4 vise tout type de véhicule à moteur et tout type de moteur, notamment un véhicule à moteur thermique ou un véhicule à moteur électrique ou hybride. Le véhicule 1 comprend des roues 10, une chaîne de traction 20 permettant d'entrainer lesdites roues 10 et un calculateur 30 permettant notamment de contrôler 5 ladite chaîne de traction 20 entre une point départ, représentant la localisation courante du véhicule 1, et un point d'arrivée. La chaîne de traction 20 peut être de type thermique, électrique ou hybride et comprend au moins un moteur (non représenté) permettant d'entrainer les roues 10 du véhicule 1. Le calculateur 30 est configuré pour déterminer un point d'arrivée du 10 véhicule 1 délimitant un trajet depuis sa position courante, c'est-à-dire depuis l'endroit où se trouve ledit véhicule 1. Par exemple, le point d'arrivée peut être renseigné par le conducteur du véhicule 1 et le trajet peut être sélectionné via ou par un module de localisation, par exemple de type GPS, embarqué dans le véhicule 1. Le calculateur 30 est configuré pour calculer la force de traction 15 dite « optimale théorique » Fw à appliquer aux roues 10 en l'absence de frottements pour permettre au véhicule 1 de rouler jusqu'au point d'arrivée, ladite force de traction optimale théorique Fw optimisant au moins un paramètre du véhicule 1 tel que, par exemple, la vitesse y optimale à adopter pour atteindre le point d'arrivée ou bien la durée optimale nécessaire pour rejoindre le point d'arrivée déterminé. Par le terme « optimal », on 20 entend, dans la présente demande, en termes de consommation énergétique afin d'acheminer le véhicule 1 au point d'arrivée (carburant et/ou énergie électrique notamment). Le calculateur 30 est configuré pour déterminer la force de frottement Fr appliquée au véhicule 1 à partir de la vitesse y du véhicule 1 à la localisation courante du 25 véhicule 1. Le calculateur 30 est configuré pour calculer la force optimale réelle DF à appliquer aux roues 10 pour permettre au véhicule 1 de rouler jusqu'au point d'arrivée à partir de la force de traction optimale théorique Fw calculée et de la force de frottement Fr déterminée. 30 Le calculateur 30 est configuré pour commander l'application d'une force de traction Fu aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est strictement supérieure à un seuil Fpo prédéterminé, pour ne pas appliquer de force de traction Fu aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil Fpo prédéterminé et pour 35 appliquer une force de freinage Fb aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est strictement inférieure à zéro. 5 Le seuil Fpo prédéterminé est de préférence calculé en fonction de l'état de fonctionnement de la chaîne de traction 20 du véhicule 1, par exemple en temps réel. Ce seuil Fpo peut aussi être déterminé en usine au préalable et enregistré dans une zone mémoire d'un calculateur 30 mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. 5 Un exemple de procédé selon l'invention va maintenant être décrit dans sa mise en oeuvre. Dans une étape préliminaire E0, le calculateur 30 détermine le seuil Fpo en temps réel ou possède ce seuil Fpo à disposition dans une zone mémoire lorsqu'il a été déterminé en usine. 10 Dans une étape E1, le calculateur 30 détermine le trajet à suivre entre le point courant (i.e. où se situe le véhicule 1) et un point d'arrivée prédéfini, par exemple renseigné par le conducteur au préalable ou détecté par le véhicule 1. Ensuite, dans une étape E2, le calculateur 30 calcule la force de traction dite « optimale théorique » Fw à appliquer aux roues 10 en l'absence de frottements pour 15 permettre au véhicule 1 de parcourir le trajet déterminé. Cette force de traction optimale théorique Fw optimisant par exemple la vitesse y que le véhicule 1 doit suivre sur le trajet jusqu'au point d'arrivée ou la durée du trajet jusqu'au point d'arrivée. De préférence, le calculateur 30 calcule l'énergie minimale nécessaire pour déplacer le véhicule de son point courant (ou localisation courante) jusqu'au point d'arrivée prédéterminé, par une 20 méthode connue de l'homme du métier et soluble, par exemple basée sur le Principe du Maximum de Pontryagin (PMP), connu en soi, en supposant le système sans frottements. Ceci permet d'obtenir une courbe de couple (ou force) optimal(e) théorique Fw à appliquer aux roues 10 en l'absence de frottements en fonction du trajet prédéterminé. Notamment, si on veut minimiser la somme des forces au carré aux roues 10, on obtient en général une fonction optimale du type Fw(t) = uo + ui.t linéaire en temps t, ce qui revient à un polynôme d'ordre 2 pour le profil de vitesse en fonction du temps t. Dans une étape E3, le calculateur 30 détermine la force de frottement Fr qui est présentement appliquée au véhicule 1 à partir de la vitesse y du véhicule 1 à la localisation courante du véhicule 1. De préférence, le calculateur 30 considère le couple résistif (ou la force résistive) subi par les roues 10 dû aux frottements divers (roulage, visqueux, aérodynamique), connu par l'équation de décélération (ou de « coasting ») sous forme de polynôme d'ordre 2 en fonction de la vitesse et dû à la pente de la route en fonction de la position actuelle. Ces forces de frottement s'écrivent donc : Fr = - (Fo + FIN + F2.v2) - M g sinus(a) où a est la pente de la route à 35 l'endroit de laquelle se trouve le véhicule 1 et y est la vitesse du véhicule 1. Ensuite, dans une étape E4, le calculateur 30 calcule la force optimale réelle DF à appliquer aux roues 10 pour permettre au véhicule 1 de rouler jusqu'au point 6 d'arrivée à partir de la force de traction optimale théorique Fw calculée à l'étape E2 et de la force de frottement Fr déterminée à l'étape E3. De préférence, le calculateur 30 calcule à chaque instant la différence ou « valeur compensée » (valeur positive ou négative) entre le couple (ou force) global(e) à appliquer aux roues 10, qui correspond à la force de 5 traction optimale théorique Fw, et le couple résistif Fr total en fonction de la vitesse v réelle du véhicule 1 selon la formule suivante : DF = Fw - Fr. La valeur de cette force optimale réelle DF correspond à la force de traction optimale théorique Fw à appliquer aux roues 10 compensée de la force embarquée à travers la transmission, quelle que soit le type de traction du véhicule 1: moteur 10 thermique, électrique ou hybride. Dans une étape E5A, le calculateur 30 commande la chaîne de traction 20 du véhicule 1 afin que ladite chaîne de traction 20 applique une force de traction Fu aux roues 10 lorsque la force optimale réelle DF calculée est strictement supérieure à un seuil Fpo prédéterminé, ou bien ne commande pas la chaîne de traction 20 afin qu'aucune 15 force ne soit appliquée aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil Fpo prédéterminé (étape E5B) ou bien commande la chaîne de traction 20 du véhicule 1 afin que ladite chaîne de traction 20 applique une force résistive Fr aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est strictement inférieure à zéro (étape E5C). 20 Plus précisément, si la force optimale réelle DF à appliquer aux roues 10 est positive (phase motrice) et supérieure à un certain seuil Fpo correspondant aux pertes moteur, alors elle correspond au couple (ou force) que doit fournir le ou les moteur(s) de la chaîne de traction 20 du véhicule 1 et dans ce cas la force motrice Fu à appliquer est égale à la force optimale réelle DF (i.e. on applique la force optimale réelle DF calculée 25 aux roues 10) : DF > Fpo Fu (motrice) = DF = Fw - Fr (valeur positive) Dans ce cas, le calculateur 30 ne commande pas de freinage sur les roues 10, c'est-à-dire que la force de freinage Fb appliquée aux roues 10 est nulle. Si la force optimale réelle DF à appliquer aux roues 10 est nulle ou positive 30 mais inférieure aux pertes moteur définies par le seuil Fpo, alors le calculateur 30 commande une phase de roue libre (appelée « coasting » par l'homme du métier) pour laquelle les forces motrice et de freinage sont nulles : 0 DF Fpo Fu = 0 et Fb = 0 Le calculateur 30 envoie alors un signal au conducteur pour lui conseiller de 35 lâcher l'accélérateur pour entrer en décélération. On notera que le cas d'inapplication d'une force aux roues 10 du véhicule 1 lorsque la force optimale réelle DF calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou 7 égale au seuil Fpo prédéterminé concerne essentiellement la traction par moteur thermique, qui ne peut pas produire de couple « utile » inférieur au couple de frottements internes, sinon le moteur peut caler. Si la force optimale réelle DF à appliquer aux roues 10 est négative (phase 5 freinage), alors elle correspond à la force que doit appliquer le système de freinage : DF 0) 5 Si a > 0, la pente de la route est ascendante, si a est de l'ordre de 0, la route est sensiblement plate et si a 0, le calculateur 30 calcule la vitesse 15 théorique optimale 1/2,'ti(x) comme précédemment en fonction de l'avancement du véhicule 1 (c'est à dire en fonction de sa position), la compare avec la vitesse réelle y du véhicule 1 et en déduit un écart qui sert à informer le conducteur : - si cet écart est négatif (y 1/2,0(x)), alors le calculateur 30 commande l'émission 20 d'un signal qui peut prendre différentes formes possibles: visuelle sur le tableau de bord du véhicule 1 (pictogramme, message écrit, ...), sonore (bip, message vocal,...) ou sur pédale haptique (vibration ou force de rappel plus forte...) avec une stratégie de dosage de ces messages, en fonction de l'écart, de la durée de l'écart, du nombre d'écarts accumulés, etc. 25 Dans une réalisation particulière de l'invention, le calcul de la vitesse optimale vopti(x) peut être directement appliqué comme valeur de consigne à tout système de régulation de vitesse embarqué, sous action semi-manuelle ou automatique, en particulier dans les véhicules 1 autonomes. L'invention permet donc d'optimiser la consommation énergétique du 30 véhicule 1 de manière simple, fiable et efficace. L'invention permet notamment de résoudre l'optimisation du profil de vitesse d'un véhicule 1 sur un trajet en tenant compte de tous les effets non-linéaires résistifs à l'avancement qui rendent impossible la résolution directe de l'optimisation énergétique, par calcul d'une solution optimale globale linéaire en supposant le système sans frottements, REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la chaîne de traction (20) d'un véhicule (1) automobile entre la localisation courante dudit véhicule (1) et un point d'arrivée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - calcul (E2) d'une force de traction optimale théorique (Fw) à appliquer aux roues (10) du véhicule (1) en l'absence de frottements pour permettre au véhicule (1) de rouler sur un trajet prédéterminé permettant d'acheminer le véhicule (1) de son point courant jusqu'au point d'arrivée, ladite force de traction optimale théorique (Fw) optimisant au moins un paramètre de déplacement du véhicule (1), - détermination (E3) d'une force de frottement (Fr) appliquée au véhicule (1) à partir de la vitesse (y) du véhicule (1) à la localisation courante du véhicule (1), - calcul (E4) d'une force optimale réelle (DF) à appliquer aux roues (10) pour permettre au véhicule (1) de rouler sur le trajet prédéterminé à partir de la force de traction optimale théorique (Fw) calculée et de la force de frottement (Fr) déterminée, - application (E5A) d'une force de traction (Fu) aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est strictement supérieure à un seuil (Fpo) prédéterminé ou bien inapplication (E5B) d'une force aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil (Fpo) prédéterminé ou bien application d'une force de freinage (Fb) aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est strictement inférieure à zéro. 2. Procédé selon la revendication 1, ledit procédé comprenant une étape préliminaire de détermination du seuil (Fpo) prédéterminé, en temps réel en fonction de 25 l'état de fonctionnement de la chaîne de traction (20) du véhicule (1) ou bien préalablement en usine. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comprenant une étape préliminaire de détermination (El) du trajet permettant au véhicule (1) d'aller de son point courant jusqu'au point d'arrivée. 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins un paramètre de déplacement du véhicule (1) à optimiser est la vitesse (y) du véhicule (1). 10 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins paramètre de déplacement du véhicule (1) à optimiser est la durée du trajet. 6. Calculateur (30) de contrôle de la chaîne de traction (20) d'un véhicule (1) automobile entre la localisation courante dudit véhicule (1) et un point d'arrivée, ledit 5 calculateur (30) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour : - calculer une force de traction optimale théorique (Fw) à appliquer aux roues (10) du véhicule (1) en l'absence de frottements pour permettre au véhicule (1) de rouler sur un trajet prédéterminé permettant d'acheminer le véhicule (1) de son point courant jusqu'au point d'arrivée, ladite force de traction optimale 10 théorique (Fw) optimisant au moins un paramètre de déplacement du véhicule (1), - déterminer une force de frottement (Fr) appliquée au véhicule (1) à partir de la vitesse (y) du véhicule (1) à la localisation courante du véhicule (1), - calculer une force optimale réelle (DF) à appliquer aux roues (10) pour permettre 15 au véhicule (1) de rouler sur le trajet prédéterminé à partir de la force de traction optimale théorique (Fw) calculée et de la force de frottement (Fr) déterminée, - commander la chaîne de traction (20) afin d'appliquer une force de traction aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est strictement supérieure à un seuil (Fpo) prédéterminé, commander la chaîne de 20 traction (20) afin de n'appliquer aucune force aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est supérieure ou égale à zéro et inférieure ou égale au seuil (Fpo) prédéterminé et commander la chaîne de traction (20) afin d'appliquer une force de freinage aux roues (10) du véhicule (1) lorsque la force optimale réelle (DF) calculée est strictement inférieure à zéro. 7. Calculateur (30) selon la revendication précédente, ledit calculateur (30) étant configuré pour déterminer le seuil (Fpo) prédéterminé, en temps réel en fonction de l'état de fonctionnement de la chaîne de traction (20) du véhicule (1) ou bien préalablement en usine. 8. Calculateur (30) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, ledit calculateur (30) étant configuré pour déterminer un trajet permettant au véhicule (1) d'aller de son point courant jusqu'au point d'arrivée. 9. Calculateur (30) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l'au moins un paramètre de déplacement du véhicule (1) à optimiser est la vitesse (y) du véhicule (1) et/ou la durée du trajet. 11 10. Véhicule (1) comprenant des roues (10), une chaîne de traction (20) de ladite pluralité de roues (10) et un calculateur (30), selon l'une des revendications 6 à 9, de contrôle de ladite chaîne de traction (20).