Brevet FR3102810A1 — publié le 20210507

L'invention porte sur un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) appartenant à une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues, ladite chaîne de traction comportant également un moteur électrique de traction (13) et une machine électrique réversible accouplée avec le moteur thermique (11), ledit procédé comportant: - une étape de détermination d'un nombre de points morts hauts avant une première combustion en fonction d'un couple de roue, et - une étape de pilotage du démarrage du moteur thermique (11) de façon à ce que la première combustion du moteur thermique (11) soit commandée après le nombre de points morts hauts précédemment déterminé. Figure 2 PROCEDE DE PILOTAGE D'UN DEMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE DANS UNE ARCHITECTURE DE TRACTION HYBRIDE La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique dans une architecture de traction hybride, notamment pour un véhicule automobile. De façon connue en soi, une chaîne de traction de véhicule automobile peut comporter un moteur thermique et un moteur électrique de traction implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur électrique de traction est accouplé au moteur thermique par l'intermédiaire d'un premier embrayage. Le moteur électrique de traction est accouplé avec une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage. L'arbre de sortie de la boîte de vitesses est en prise avec les roues du véhicule. Par ailleurs, une machine électrique tournante de type réversible est accouplée au moteur thermique via la façade accessoires intégrant par exemple également un compresseur de climatisation. A cet effet, un dispositif de transmission de mouvement entre le moteur thermique et la machine électrique pourra par exemple comporter une chaîne ou une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine. Cette machine électrique, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. Lorsque le moteur électrique assure la traction du véhicule, les cales du groupe motopropulseur sont sous contraintes car du couple est exercé par les roues. Lors du redémarrage du moteur thermique, afin de disposer d'une dynamique longitudinale correcte et d'un agrément de bon niveau rendant imperceptible la transition électrique/thermique, il est nécessaire que le couple délivré par le moteur thermique aux roues arrive environ à 500-650ms maximum après la sollicitation du conducteur. Néanmoins, ce critère ne suffit pas car il faut aussi que le niveau vibratoire soit contenu dans le sens longitudinal du véhicule. Toutefois, le fait de ne pas pouvoir maîtriser l'accélération angulaire du vilebrequin dans les procédés existants ne permet pas d’atteindre un niveau vibratoire acceptable. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique appartenant à une chaîne de traction hybride implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues, ladite chaîne de traction comportant également un moteur électrique de traction et une machine électrique réversible accouplée avec le moteur thermique, le véhicule automobile étant dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction et un démarrage du moteur thermique étant sollicité, ledit procédé comportant: - une étape de détermination d'un nombre de points morts hauts avant une première combustion en fonction d'un couple de roue, et - une étape de pilotage du démarrage du moteur thermique de façon à ce que la première combustion du moteur thermique soit commandée après le nombre de points morts hauts précédemment déterminé. L'invention permet ainsi, en déterminant le nombre de points morts hauts avant la première combustion, de contrôler l'accélération angulaire du vilebrequin et donc de réduire le niveau vibratoire dans le sens longitudinal du véhicule au moment du redémarrage du moteur thermique, et ce sans pénaliser la dynamique longitudinale du véhicule. L'invention permet également de réduire considérablement le dimensionnement de la machine électrique réversible (l'alterno-démarreur), en termes de puissance mécanique, car il est possible de retarder la première combustion. Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte une étape de détermination d'une puissance à fournir au moteur thermique pour son démarrage en fonction du couple de roue, et - une étape de pilotage de la machine électrique réversible de façon à ce que ladite machine électrique réversible fournisse au moteur thermique la puissance nécessaire au démarrage. Selon une mise en œuvre, le nombre de points morts hauts et la puissance à fournir au moteur thermique pour son démarrage en fonction du couple de roue sont déterminés en prenant compte également un seuil de démarrage du moteur thermique. Selon une mise en œuvre, le nombre de points morts hauts avant une première combustion est déterminé au moyen d’une cartographie. Selon une mise en œuvre, la puissance à fournir au moteur thermique pour son démarrage est déterminée au moyen d'une cartographie. Selon une mise en œuvre, le démarrage du moteur thermique est piloté sur une durée comprise entre 500 et 650 ms. Selon une mise en œuvre, le moteur électrique de traction et la machine électrique réversible sont alimentées par une même batterie. Selon une mise en œuvre, dans le cas où la batterie est entièrement chargée, un seuil de démarrage du moteur thermique est compris entre 7 kW et 9 kW. Selon une mise en œuvre, le moteur électrique de traction et la machine électrique réversible ont une tension de fonctionnement de 48 Volts. L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique tel que précédemment défini. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention. La figure 1 est une représentation schématique d'une chaîne de traction pour véhicule automobile mettant en œuvre un procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique selon l'invention; La figure 2 est une représentation schématique illustrant une répartition de puissance électrique et mécanique entre les différents composants de la chaîne de traction de la figure 1; La figure 3 est une représentation schématique illustrant une cinématique d'un groupe motopropulseur; La figure 4 est une représentation graphique illustrant une caractéristique d'une cale de moteur thermique; La figure 5 est une représentation graphique illustrant une caractéristique de régime et d'accélération d'un vilebrequin de moteur thermique lors d'un démarrage; La figure 6 est une représentation graphique illustrant une stratégie hybride basée sur un état de charge d'une batterie de traction; La figure 7 est une représentation graphique illustrant l'évolution de la pseudo-fréquence du vilebrequin lors du premier tour avec combustion en fonction de la vitesse du véhicule automobile; La figure 8 est une représentation graphique illustrant l'évolution de la durée nécessaire à un moteur thermique pour passer de 0 à 2000 tours/min en fonction de la pseudo-fréquence du vilebrequin lors du premier tour avec combustion respectivement pour une courbe à deux points morts hauts et à trois points morts hauts; La figure 9 est une représentation graphique illustrant une évolution de la puissance mécanique que doit délivrer l'alterno-démarreur pour assurer un démarrage du moteur thermique en fonction de la pseudo-fréquence du vilebrequin lors du premier tour avec combustion; La figure 10 est une représentation graphique illustrant la courbe de points morts hauts à sélectionner en fonction d'une puissance de l'alterno-démarreur nécessaire; La figure 11 est une représentation schématique d'un dispositif de contrôle-commande permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique; La figure 12 est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique. La figure 1 montre une chaîne de traction 10 pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11 associé à un système de volant d'inertie 12 et un moteur électrique de traction 13 implantés sur un train d'un véhicule automobile, notamment un train avant. Le moteur thermique 11 est par exemple un moteur thermique à trois cylindres. En variante, le moteur thermique 11 pourra bien entendu comporter un nombre différent de cylindres. Le moteur électrique de traction 13 est accouplé au moteur thermique 11 par l'intermédiaire d'un premier embrayage K0. Le moteur électrique de traction 13 est accouplé avec un dispositif de transmission 15 par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage K1. Le dispositif de transmission 15 comporte notamment une boîte de vitesses et un différentiel. L'arbre de sortie 16 du dispositif de transmission 15 est en prise avec les roues du véhicule 17. Dans un mode de fonctionnement électrique, l'embrayage K0 est ouvert tandis que l'embrayage K1 est fermé. Dans un mode de fonctionnement thermique, les deux embrayages K0 et K1 sont fermés. Par ailleurs, une machine électrique tournante 19 de type réversible est accouplée au moteur thermique 11 via la façade accessoires intégrant par exemple également un compresseur de climatisation 20. A cet effet, un dispositif de transmission de mouvement 21 entre le moteur thermique 11 et la machine électrique 19 pourra par exemple comporter une chaîne ou une courroie coopérant avec des poulies portées respectivement par le vilebrequin et l'arbre de la machine électrique 19. Cette machine électrique 19, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 11 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 19 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. De façon optionnelle, il est possible de prévoir un démarreur 22 pour assurer un démarrage à froid du moteur thermique 11. Autrement dit, le démarreur 22 assure le premier démarrage du moteur thermique 11. A cet effet, le démarreur 22 comporte un pignon d'entraînement engrenant avec une couronne du moteur thermique 11. La figure 2 illustre un exemple de répartition de puissance électrique (flèche pleine) et de puissance mécanique (flèche en pointillés) entre les différents composants de la chaîne de traction 10. Dans l'exemple représenté, l'alterno-démarreur 19 et le moteur électrique de traction 13 sont alimentés par la même batterie de traction 25. L'alterno-démarreur 19 et le moteur électrique de traction 13 pourront présenter une tension d'alimentation de 48Volts. Un réseau électrique 12Volts, référencé 26, est relié au réseau électrique 48Volts par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 27. Comme cela est représenté sur la figure 3, le moteur thermique 11 est monté schématiquement sur un pivot 28. Une cale 29 de moteur 11 permet de reprendre les efforts longitudinaux suivant la flèche F1. Il est à noter que plus on applique un effort important sur la cale 29, moins celle-ci ne se comprime. La raideur de la cale 29 augmente donc. Lors du redémarrage du moteur thermique 11, on considère que l’effort à la roue 17 est constant du fait du roulage électrique. Le groupe motopropulseur soumet dans le sens longitudinal à la caisse l’effort pour avancer plus les efforts alternatifs liés au redémarrage du moteur 11. Les efforts alternatifs sont dus à l’équilibrage dynamique de rotation qui n’est pas parfait sur un moteur thermique 11, notamment pour un moteur à trois cylindres en ligne. Il existe donc des balourds. En effet, la cale 29 du groupe motopropulseur agit comme un ressort amorti et laisse passer des vibrations atténuées plus ou moins en fonction de la fréquence de l'excitation. Pour que les vibrations ne soient pas ressenties par le conducteur, on s'assure que la fréquence d’excitation soit toujours supérieure à la fréquence de roulis du groupe motopropulseur, plus particulièrement toujours au-dessus de la pulsation de coupure "w0" (cf. figure 4 montrant la caractéristique de la cale 29 correspondant au module d'amplification Mod_amp en fonction de la pulsation w). La courbe C1 correspond à un faible amortissement et la courbe C2 correspond à un fort amortissement. La figure 5 montre la caractéristique de régime W_vil du vilebrequin du moteur thermique 11 en fonction du temps lors d'un démarrage ainsi que l'accélération A_vil correspondante du vilebrequin. Connaissant l’effort à la roue 17 lors du roulage électrique ainsi que la raideur de la cale 29 du moteur thermique 11, et en appliquant un coefficient 1.5 (afin d’avoir un système au moins partiellement en opposition de phase – un coefficient 2 permet une totale opposition de phase), alors on peut déduire l’accélération angulaire minimale lors du redémarrage du moteur thermique 11 et à la première combustion. La fréquence f0 correspond à une pseudo-fréquence de rotation du vilebrequin lors du premier tour avec combustion. Comme on peut le voir sur la figure 6, la stratégie hybride est basée sur l’état de charge E_char de la batterie de traction 25. Le moteur thermique 11 est constamment en fonctionnement sur la plage de charge P1 comprise entre 0 W.h et 60 W.h correspondant à une plage de sécurité. Le moteur thermique 11 peut être momentanément coupé en fonction des conditions de circulation dans un fonctionnement de type STT pour "Stop and Start" en anglais sur la plage de charge P2 comprise entre 60 et 180 W.h. Le véhicule pourra fonctionner en mode électrique pur sur la plage de charge P3 comprise entre 180 et 432 W.h. Dans le cas où la batterie 25 est entièrement chargée, il est possible d’avoir un seuil de démarrage S_mth du moteur thermique 11 de l’ordre de 7-9 kW. En prenant en considération les raideurs de la cale 29 du groupe motopropulseur et le seuil de démarrage S_mth du moteur thermique 11, alors il est possible de calculer un niveau minimal de la fréquence "f0" à atteindre en fonction du couple à la roue 17 qui lui-même dépend de la vitesse du véhicule V (cf. figure 7). Il est possible en connaissant la fréquence f0 de pouvoir choisir le nombre de points morts hauts (PMH) avant la première combustion du moteur thermique 11, ainsi que la puissance mécanique que devra délivrer l'alterno-démarreur 19 pour le démarrage du moteur thermique 11. La figure 8 montre l'évolution de la durée d (en ms) nécessaire à un moteur thermique 11 pour passer de 0 à 2000 tours/min en fonction de la fréquence f0. La courbe C3 a été obtenue pour deux points morts hauts avant la première combustion. La courbe C4 a été obtenue pour trois points morts hauts avant la première combustion. La bande B correspond à une durée de démarrage acceptable en termes d'agrément comprise entre 500 et 650ms. La figure 9 montre l'évolution de la puissance mécanique P_mec que doit délivrer l'alterno-démarreur 19 pour assurer un démarrage du moteur thermique 11 en fonction de la fréquence f0. La courbe C5 a été obtenue pour deux points morts hauts avant la première combustion. La courbe C6 a été obtenue pour trois points morts hauts avant la première combustion. Par exemple, comme cela ressort de la figure 10, pour une fréquence cible f0 supérieure à 19 Hz, trois points morts hauts avant la première combustion peuvent être sélectionnés de façon à se trouver dans la bande B. Pour une fréquence cible f0 inférieure à 19 Hz, deux points morts hauts peuvent être sélectionnés avant la première combustion de façon à se trouver dans la bande B. En outre, pour une fréquence f0 cible comprise entre 19 Hz et 23 Hz, la puissance de l'alterno-démarreur 19 vaut en kW Palt = 2/3 * f0_cible - 10,66. Sur la figure 10, la flèche représente le meilleur compromis en termes d'agrément et de puissance consommée par l'alternodémarreur 19. La figure 11 montre un exemple d'un dispositif de contrôle-commande permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention de pilotage du démarrage du moteur thermique 11 alors que le véhicule se trouve dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction 13. Ce dispositif de contrôle-commande pourra être intégré dans un calculateur comportant à cet effet une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage du démarrage du moteur thermique 11. Ce dispositif comporte un module de gestion du train hybride 32 recevant en entrée un niveau de charge SOC de la batterie 25 issue d'un système de contrôle 33 de la batterie de traction 25. Comme cela est illustré par les figures 11 et 12, suite à une demande de démarrage du moteur thermique 11, un module 34 permet de déterminer, dans une étape 101, un nombre de points morts hauts N_pmh avant une première combustion en fonction d'un couple de roue Cr et du seuil de démarrage S_mth du moteur thermique 11 fournis par le module. A cet effet, le module 34 intègre une cartographie établissant une correspondance entre ces valeurs. En effet, le nombre de points morts hauts N_pmh est dépendant du couple à la roue Cr pendant le redémarrage du moteur 11, car plus le couple à la roue Cr au moment du redémarrage est faible, plus la suspension du groupe motopropulseur pourra filtrer les vibrations du moteur thermique 11. De fait, à fort couple à la roue Cr en roulage électrique (typiquement à basse vitesse du véhicule), le démarrage se fera en trois points morts hauts, alors qu’avec un couple à la roue plus faible (typiquement au-delà de 30 km/h), le démarrage se fera en deux points morts hauts. Ainsi, on maîtrise correctement l’accélération angulaire du vilebrequin et le niveau vibratoire dans le véhicule tout en permettant d’avoir une puissance mécanique délivrée par l'alterno-démarreur 19 la plus petite possible. Un module 35 permet de déterminer, dans une étape 102, une puissance à fournir au moteur thermique 11 pour son démarrage en fonction du couple de roues Cr et du seuil de démarrage S_mth du moteur thermique 11 fournis par le module. A cet effet, le module 35 intègre une cartographie établissant une correspondance entre ces valeurs. Le module de contrôle 36 de l'alterno-démarreur 19 pilote, dans une étape 103, l'alterno-démarreur 19 de façon à ce que l'alterno-démarreur 19 fournisse au moteur thermique 11 la puissance Palt nécessaire au démarrage. Le module de contrôle 37 du moteur thermique 11 pilote, dans une étape 104, le démarrage du moteur thermique 11 de façon à ce que la première combustion du moteur thermique 11 soit commandée après le nombre de points morts hauts précédemment déterminé. Procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) appartenant à une chaîne de traction hybride (10) implantée sur un train d'un véhicule automobile muni de roues (17), ladite chaîne de traction (10) comportant également un moteur électrique de traction (13) et une machine électrique réversible (19) accouplée avec le moteur thermique (11), caractérisé en ce que, le véhicule automobile étant dans une phase de roulage électrique assurée par le moteur électrique de traction (13) et un démarrage du moteur thermique (11) étant sollicité, ledit procédé comporte : - une étape (101) de détermination d'un nombre de points morts hauts (N_pmh) avant une première combustion en fonction d'un couple de roue (Cr), et - une étape (104) de pilotage du démarrage du moteur thermique (11) de façon à ce que la première combustion du moteur thermique (11) soit commandée après le nombre de points morts hauts (N_pmh) précédemment déterminé. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (102) de détermination d'une puissance à fournir au moteur thermique (11) pour son démarrage en fonction du couple de roue (Cr), et - une étape (103) de pilotage de la machine électrique réversible (19) de façon à ce que ladite machine électrique réversible (19) fournisse au moteur thermique (11) la puissance nécessaire (Palt) au démarrage. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de points morts hauts et la puissance à fournir au moteur thermique (11) pour son démarrage en fonction du couple de roue (Cr) sont déterminés en prenant compte également un seuil de démarrage (S_mth) du moteur thermique (11). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre de points morts hauts (N_pmh) avant une première combustion est déterminé au moyen d’une cartographie (34). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance à fournir au moteur thermique (11) pour son démarrage est déterminée au moyen d'une cartographie (35). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le démarrage du moteur thermique (11) est piloté sur une durée comprise entre 500 et 650 ms. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur électrique de traction (13) et la machine électrique réversible (19) sont alimentées par une même batterie (25). Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le cas où la batterie (25) est entièrement chargée, un seuil de démarrage du moteur thermique (11) est compris entre 7 kW et 9 kW. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moteur électrique de traction (13) et la machine électrique réversible (19) ont une tension de fonctionnement de 48 Volts. Calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage d'un démarrage d'un moteur thermique (11) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.