Brevet FR3092183A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Méthode d'affectation d'un dispositif source d'énergie électrique à un véhicule automobile [0001] La présente invention concerne de manière générale une méthode et un système d'affectation, ou de pré-affection, d'un dispositif source d'énergie électrique, tel qu'une batterie de stockage d'énergie électrique ou un alternateur, à un véhicule automobile ayant une configuration donnée. Domaine technique de l'invention [0002] Lors de la construction d'un véhicule automobile, il convient de choisir un ou plusieurs dispositifs sources d'énergie électrique, typiquement une batterie de stockage d'énergie électrique et un alternateur, adaptés au véhicule. Une pré-affectation de la batterie et/ou de l'alternateur est d'abord réalisée. Elle s'appuie sur un bilan énergétique dit « statique » du véhicule, visant à évaluer les besoins énergétiques du véhicule pour un cycle de roulage urbain moyenné. [0003] 11 est connu de réaliser deux types de bilans énergétiques - un bilan énergétique dit « alternateur » définissant les niveaux d'énergie devant être fournis pour assurer l'ensemble des prestations électriques des organes du véhicule ; - un bilan énergétique dit « batterie » définissant le niveau d'énergie nécessaire à stocker pour assurer des prestations véhicule lors de scénarios contraignants pour la batterie. 100041 Ces bilans énergétiques sont utilisés comme données d'entrée principales dans un processus d'affectation, ou de pré-affectation, d'une batterie et/ou d'un alternateur pour les véhicules d'un groupe motopropulseur dédié. 100051 Les besoins énergétiques d'un véhicule dépendent de nombreux paramètres, notamment issus de règles métier (normes, documents techniques, etc.) et de données de retour d'expérience quant à l'utilisation de fonctions du véhicule. Par exemple, l'utilisation d'un moteur d'un système de climatisation d'un véhicule varie selon le climat, le pays, le type de motorisation, etc... En outre, dans un véhicule automobile, les systèmes électriques et/ou électroniques sont soumis à des normes, telles que la norme 150 26262 intitulée « Véhicules routiers - Sécurité fonctionnelle » pour garantir la sécurité fonctionnelle des systèmes électriques/électroniques dans les véhicules. Ces normes et règles définissent des « règles métier » devant être respectées par le véhicule. 100061 La pré-affectation permet de choisir une ou plusieurs batteries et/ou un ou plusieurs alternateurs optimaux pour satisfaire les diverses contraintes du véhicule et de son groupe motopropulseur. Elle s'appuie sur un bilan statique, réalisé pour un cycle de 2 roulage urbain moyenné, et constitue une attribution, ou affectation, non définitive, qui est généralement suivie d'un bilan dynamique pour l'attribution définitive de la batterie et/ou de l'alternateur. Par souci de clarté, le terme « affectation » désigne ici tout type d'affectation (définitive ou non définitive). Etat de la technique [0007] On connaît par le brevet FR3011398 BI, un procédé d'optimisation d'une ar- chitecture d'alimentation électrique d'une charge, dans lequel on détermine un profil de mission dimensionnant, on définit des sources de stockage d'énergie, chacune associées à un modèle de comportement caractéristique, on détermine des couples de sources de stockage d'énergie aptes à générer le profil de mission avec une masse minimale et on sélectionne le couple présentant la masse la plus faible. Cependant, un tel procédé n'est pas adapté à l'affectation, ou la pré-affectation, d'une batterie ou d'un alternateur apte à satisfaire les besoins en énergie électrique d'un véhicule automobile. [0008] Lc brevet EP1796005 BI décrit un procédé de configuration d'un dispositif configurable ayant une pluralité de composants comportant la fourniture d'informations relatives aux composants, la définition de règles et la représentation de ces règles. Un tel procédé n'est cependant pas adapté à l'affectation, ou la pré-affectation, d'une batterie ou d'un alternateur apte à satisfaire les besoins en énergie électrique d'un véhicule automobile [0009] Dans le domaine de la conception et de la construction de véhicules automobiles, il est connu de générer un bilan des besoins énergétiques d'un véhicule en utilisant un classeur comportant un grand nombre feuilles de calcul de type Excel et gérant des milliers de données, à l'aide de méthodes et/ou scripts de calcul utilisant par exemple le logiciel MATLAB. L'utilisation d'un tel système de gestion des données pose différents problèmes. Le système manque d'évolutivité, de fiabilité et de robustesse. Les informations ne peuvent pas être capitalisées. Les évolutions de normes et de facteurs d'utilisation sont généralement très difficiles à prendre en compte. Toute modification manuelle d'un élément est bloquante dans le processus. L'implémentation d'évolutions technologiques et/ou de nouveaux scénarios d'utilisation est très lourde, voire impossible. Exposé de l'invention 100101 Un but de la présente invention est d'améliorer la situation. 100111 A cet effet, un premier aspect de l'invention concerne une méthode d'affectation d'un dispositif source d'énergie électrique à un véhicule automobile ayant une configuration donnée, comportant les étapes suivantes, mises en oeuvre par un dispositif de traitement de données : a) une étape de préparation de données d'entrée relatives à un ensemble d'organes 3 consommateurs susceptibles d'être présents dans ledit véhicule ; h) une étape de calcul comportant les sous-étapes de . calcul, pour chaque organe consommateur d'un sous-ensemble d'organes consommateurs déterminés en fonction de la configuration donnée du véhicule, d'un bilan élémentaire en énergie électrique et . calcul d'un bilan global en énergie électrique du véhicule à partir desdits bilans élémentaires ; c) une étape de sélection d'un dispositif source d'énergie électrique, parmi une collection de dispositifs sources d'énergie électrique disponibles, en fonction du bilan global en énergie électrique du véhicule ; dans lequel, lors de l'étape de préparation des données d'entrée, on génère des matrices d'utilisation de l'ensemble des organes consommateurs susceptibles d'être présents dans ledit véhicule, conformes à une matrice d'utilisation modèle dont les lignes et colonnes sont relatives à différents scénarios d'utilisation et à différentes contraintes d'utilisation et contiennent des coefficients à définir qui correspondent à des valeurs de taux d'activation d'organe consommateur; et l'étape de calcul d'un bilan global en énergie électrique du véhicule comprend des opérations opérées sur des matrices d'utilisation relatives aux organes consommateurs déterminés du véhicule. [0012] Grâce à cela, les données d'entrée relatives aux organes consommateurs du véhicule sont sous forme de matrices d'utilisation qui respectent un même modèle et sont ainsi toutes cohérentes entre elles, ce qui facilite les calculs et les mises à jour. [0013] Avantageusement, les organes consommateurs susceptibles d'être présents dans ledit véhicule étant répartis en différents types d'organe, lors de l'étape de préparation de données d'entrée, on génère une matrice d'utilisation pour chaque type d'organe (indépendamment du fabricant ou du fournisseur de l'organe consommateur). [0014] Le dispositif source peut être une batterie de stockage d'énergie électrique et/ou un alternateur. [0015] Avantageusement, dans le cas d'une batterie de stockage, les contraintes d'utilisation d'une matrice d'utilisation modèle comprennent différentes typologies de consommation électrique et les scénarios d'utilisation de la matrice d'utilisation modèle correspondent à des scénarios d'utilisation contraignants pour ladite batterie de stockage. [0016] Avantageusement encore, dans le cas d'un alternateur, les contraintes d'utilisation d'une matrice d'utilisation modèle comprennent différents types de climat et les scénarios d'utilisation de la matrice d'utilisation modèle sont relatifs à un système d'arrêt et de redémarrage automatique. 100171 Avantageusement, lors de l'étape de préparation des données d'entrée, on génère des vecteurs de consommation électrique contenant différentes valeurs de consommation électrique respectivement applicables à différentes contraintes d'utilisation qui sont celles de la matrice d'utilisation modèle correspondante, et la sous-étape de calcul, pour chacun des organes consommateurs déterminés du véhicule, d'un bilan en énergie électrique élémentaire comporte des opérations entre vecteurs de consommation électrique et matrices d'utilisation. [0018] Un second aspect de l'invention est une méthode de construction d'un véhicule au- tomobile selon une configuration donnée, comprenant une opération d'affectation d'un dispositif source d'énergie électrique selon la méthode telle que précédemment définie. [0019] Un troisième aspect de l'invention concerne un système d'affectation d'un dispositif source d'énergie électrique à un véhicule automobile ayant une configuration donnée, comportant i) des moyens de stockage de données d'entrée relatives à un ensemble d'organes consommateurs susceptibles d'être présents dans ledit véhicule et ii) un dispositif dc traitement de données adapté pour exécuter les étapes de la méthode d'affectation telle que précédemment définie. [0020] Un quatrième aspect de l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système tel que défini ci-dessus à exécuter les étapes de la méthode d'affectation précédemment définie. Description des dessins [0021] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation dc l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : [fig.1] représente un schéma global du système d'affectation, selon une forme dc réalisation particulière de l'invention. [fig.2] représente un modèle générique de matrice d'utilisation. [fig.3] représente un véhicule ayant une configuration donnée et différents organes consommateurs. [fig.4] représente un organigramme des étapes du procédé d'affectation d'un dispositif source d'énergie électrique, par exemple une batterie électrique et un alternateur, au véhicule de la figure 3, selon un mode de réalisation particulier. Description détaillée de l'invention [0022] La figure 1 représente de façon schématique un système 100 d'affectation, ou de pré- affectation, d'au moins un dispositif source d'énergie électrique à un véhicule automobile V ayant une configuration donnée, prédéfinie, selon un exemple particulier de réalisation. Dans l'exemple particulier décrit ici, le système 100 est configuré pour affecter, ou pré-affecter (c'est-à-dire affecter de façon non définitive), au véhicule une batterie de stockage d'énergie électrique 1 (c'est-à-dire une batterie d'accumulateurs électriques) et un alternateur 2. Le système 100 pourrait être configuré pour affecter l'un seul des deux dispositifs, à savoir soit la batterie 1, soit l'alternateur 2. [0023] Le système d'affectation 100 est destiné à être utilisé par un constructeur automobile dans le cadre de la construction d'un nouveau véhicule automobile V, afin de dimensionner de façon optimale sa batterie 1 et/ou son alternateur 2 et sélectionner une (ou plusieurs) batterie 1 et/ou un (ou plusieurs) alternateur 2 parmi un ensemble de batteries et alternateurs disponibles. [0024] La configuration du véhicule CONFy comprend le type de motorisation du véhicule (essence, diesel, hybride, etc.) et différentes options associées au véhicule. [0025] Lc système 100 comprend des moyens de stockage de données comportant par exemple - une première base de données, ou mémoire, 101, - une deuxième hase de données, ou mémoire, 102, et - une ou plusieurs mémoires de stockage 103, 104, 105. [0026] En variante, les bases de données et/ou mémoires 101-105 pourraient être différents espaces mémoires d'une même base de données ou d'une même mémoire ou d'un même dispositif de stockage de données. [0027] La première base de données 101, dite hase de données de « règles métier » stocke des données issues de règles métier, y compris des données de retour d'expérience quant à l'utilisation d'organes consommateurs et/ou de fonctions de véhicules automobiles du constructeur automobile. Les données de règles métier comprennent des données issues de normes internes du constructeur, par exemple la norme B19 5510 du groupe PSA, ou de normes publiques, telle que la norme 1SO 26262 « Véhicules routiers - Sécurité fonctionnelle », dans le domaine de l'automobile, et des données de retour d'expérience récupérés auprès de clients au fil des armées. Ces données des règles métier comprennent notamment des données liées à la base climatique (par exemple, l'indication que la voiture est destinée à être commercialisée pour le grand froid, pour un climat tempéré, pour un pays chaud, etc.), des scénarios d'utilisation client d'un véhicule automobile et des taux d'activation d'organes consommateurs (notamment consommateurs électriques). Un exemple de règle métier est lié par 6 exemple au taux de d'activation du klaxon selon la position géographique, qui est différent par exemple en Inde et en Ecosse. Une voiture vendue pour la base climatique « péninsule Indienne » ne peut pas être commercialisée en Europe et vice-versa. Les spécificités sont trop différentes entre les deux plaques géographiques. [0028] La deuxième hase de données 102 stocke des données électriques (courant(s), tension(s), etc.) relatives à un ensemble d'organes consommateurs électriques susceptibles d'être utilisés dans un véhicule automobile. Ces données électriques sont généralement contenues dans des fiches techniques ou « datasheets » (en anglais) du fournisseur ou fabricant d'organe consommateur. [0029] La mémoire 103 stocke une liste de différents types d'organes consommateurs électriques susceptibles d'être présents dans le véhicule (indépendamment du fournisseur ou du fabricant de l'organe consommateur). Les types d'organes consommateurs comprennent par exemple : capteur, siège chauffant, radio, lève-vitre, calculateur, etc... [0030] La mémoire 104 stocke une liste de fonctions présentes dans le véhicule, par exemple « éclairer », « essuyer/laver », etc... La liste de fonction sert à déterminer quelle est la configuration de tous les organes du véhicule. [0031] La mémoire 105 a pour fonction de stocker une configuration d'un véhicule au- tomobile, pour lequel une affectation ou pré-affectation de batterie et/ou d'alternateur est souhaitée. Une configuration comprend un ensemble de liaisons, impliquant des fonctions et des organes, du véhicule. Lors de l'achat d'un véhicule, le client indique des options et/ou prestations souhaitées pour son véhicule, qui correspondent à des fonctions et des organes du véhicule. [0032] Les données de règles métier, les données électriques, la liste des types d'organes consommateurs, la liste des fonctions et la configuration du véhicule automobile sont collectées par un opérateur ou utilisateur, lors d'une étape préalable, manuelle ou semi-automatique, de saisie de données, à l'aide de moyens d'interface homme-machine du système 100 (non représentés). Les données sont ensuite enregistrées dans les bases de données et mémoires 101 à 105. [0033] Le système d'affectation 100 comporte également un dispositif de traitement de données 110 ayant pour fonction d'affecter, ou de pré-affecter, une batterie 1 et un alternateur 2 à un véhicule V ayant une configuration donnée, prédéfinie CONE,. Le dispositif de traitement 110 comporte les différents modules de traitement suivants : - un module 120 de préparation des données d'entrée relatives à un ensemble d'organes consommateurs susceptibles d'être présents dans ledit véhicule ; - un module 130 de calcul d'un bilan en énergie électrique du véhicule pour la partie batterie ; - un module 140 de calcul d'un bilan en énergie électrique du véhicule pour la partie 7 alternateur ; - un module 150 de pré-affectation d'une hatterie au véhicule ; - un module 160 de pré-affectation d'un alternateur au véhicule. [0034] Les modules de traitement 120, 130, 140, 150 et 160 sont des modules logiciels formant un programme d'ordinateur. Le programme d'ordinateur est enregistré dans une mémoire 170 connectée à un microprocesseur ou unité centrale 180 du dispositif de traitement 110. Il comprend des instructions de programme qui conduisent le système 100 à exécuter les étapes de la méthode d'affectation d'une hatterie 1 et/ou d'un alternateur 2 qui sera décrite plus loin. [0035] En référence aux figures 3 et 4, on va maintenant décrire la méthode d'affectation, ou de pré-affectation, d'une hatterie de stockage d'énergie électrique 1 et d'un alternateur 2 à un véhicule automobile V ayant une configuration donnée CONF,, prédéfinic, correspondant au fonctionnement du système d'affectation 100. Les étapes du procédé sont mises en oeuvre par le dispositif de traitement 110. [0036] Sur la figure 3, on a représenté le véhicule automobile V, une fois construit. Le véhicule V a une configuration donnée CONE, et comporte une batterie de stockage d'énergie électrique 1, telle qu'une batterie de 12V, un alternateur 2 et différents organes consommateurs énergétiques notés X (par exemple un dispositif d'éclairage habitacle, des feux d'éclairage, des lève-vitre, moteur, etc.). Les organes consommateurs X d'un véhicule sont typiquement répartis en différents types d'organes consommateurs (feu, lève-vitre, radio, capteur, ...), notés Y. [0037] La méthode comprend une étape préalable de collecte de données SO, lors de laquelle un opérateur récupère et stocke en mémoire des données dans les bases de données 101, 102 et dans les mémoires 103,104 et 105. Ces données comportent : - des données relatives aux climats et aux zones géographiques associées, - des données de règles métier, - des données de retour d'expérience, - des données électriques relatives à des organes consommateurs électriques, - des données de diversité relatives à des différences de consommation électrique d'un organe consommateur selon des paramètres tels que le climat et/ou le fournisseur, - des données d'identification et de description des différents types d'organe susceptibles d'être présents dans un véhicule (sans tenir compte du fournisseur de l'organe), - des données d'identification de fonctions, pal- organe ou type d'organe, susceptibles d'être présentes dans le véhicule, et - des données relatives à la configuration du véhicule pour lequel une affectation de batterie et/ou d'alternateur est souhaitée. [0038] La méthode comprend ensuite une étape Si de préparation de données d'entrée, 8 c'est-à-dire de données destinées à être utilisées en entrée du processus d'affectation, ou de pré-affectation, d'une batterie et/ou d'un alternateur. Cette étape dc préparation S1 permet de préparer, mettre en forme, structurer des données collectées lors dc l'étape SO, notamment des données dc règles métier, issues de la hase de données dc « règles métier » 101, et des données électriques, issues de la hase de données 102, comme cela sera explicité plus loin. [0039] La préparation des données d'entrée utilise un modèle générique Mu dc matrice d'utilisation d'organe. Ce modèle de matrice d'utilisation Mu, représenté sur la figure 2, est une matrice à m lignes, relatives à m scénarios d'utilisation Si à Sm, et n colonnes, relatives à n contraintes d'utilisation Cl à Cn. On pourrait toutefois inverser les lignes et les colonnes dans la matrice M. La matrice M est destinée à contenir des coefficients qui correspondent à des valeurs dc taux d'activation d'organe consommateur, représentées par le symbole « % » sur la figure 2. Plus précisément, les différentes combinaisons d'une contrainte d'utilisation « Cx » avec 1 Li - IH(V).ts r,f 1,( X) - ('(TOCx)- 1101 UN-) r(x)r4(X) tEl [0065] Puis, lors d'une troisième sous-étape S22-1, le module de calcul 130 calcule un bilan global en énergie électrique pour la partie batterie, à partir des bilans élémentaires des organes consommateurs du véhicule V. Par exemple, le bilan global comprend une somme des bilans élémentaires des organes consommateurs déterminés lors de la sous-étape S20-1. [0066] D'une manière générale, le calcul du bilan global en énergie électrique pour la partie batterie comprend une ou plusieurs opérations réalisées sur des matrices cohérentes entre elles (matrices d'utilisation et vecteur ou matrice de consommation électrique). Le calcul du bilan global à partir des bilans élémentaires des différents organes consommateurs peut être plus élaboré que la simple somme des bilans élémentaires, afin de tenir compte de différents facteurs susceptibles d'impacter le bilan global en énergie électrique du véhicule. [0067] Le bilan global du véhicule pour la partie batterie est sous la forme d'une matrice M ba'_bil',,_,,(V), à n, colonnes (correspondant aux n, typologies de consommation électrique) et ml lignes (correspondant aux ml scénarios d'utilisation contraignants pour la batterie). Chaque coefficient de la matrice de bilan global en énergie électrique pour la partie batterie représente un besoin en énergie électrique pour une situation particulière définie par la combinaison d'une contrainte d'utilisation Cx, ici une typologie donnée de consommation électrique, et d'un scénario d'utilisation Sy, ici un scénario contraignant pour la batterie. Ce besoin est le produit d'une consommation électrique L. (par exemple 1A) par un taux d'activation Gy (par exemple 0,5) avec 1