Brevet FR3132685A1 — publié le 20230818

L’invention concerne un procédé d’optimisation de la consommation en énergie d’un véhicule automobile comprenant une batterie (30), un moteur thermique (M), une machine électrique (M E ), une pluralité de dispositifs, chacun caractérisé par au moins une variable d’état, et un calculateur (40) apte à commander le moteur thermique (M) et la machine électrique (M E ), ledit procédé étant remarquable en ce qu’il comprend les étapes de : définition d’une durée de prédiction, détermination de la variation théorique maximale de chaque variable d’état sur la durée de prédiction, détermination du domaine de consignes applicables dans lequel chaque valeur de consigne est sélectionnée de sorte que la variation de chaque variable d’état respecte sa variation théorique maximale, détermination de la valeur d’une consigne thermique et d’une consigne électrique, dans le domaine de consignes applicables, pour laquelle la fonction Hamiltonienne est la plus faible. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Procédé d’optimisation de la consommation en énergie d’un véhicule automobile La présente invention concerne l’optimisation de la consommation énergétique d’un véhicule automobile et plus particulièrement un procédé d’optimisation de la consommation en énergie d’un véhicule automobile sur un trajet prédéfini. L’invention vise en particulier à générer des consignes optimisées pour commander le véhicule sur ledit trajet à parcourir en minimisant la consommation d’énergie. Dans un véhicule automobile, il est connu d’optimiser la consommation en énergie de la chaîne de traction sur un trajet donné ou prévu. 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 du Principe du Maximum de Pontryagin (PMP). Cette méthode consiste à minimiser la fonction Hamiltonienne (ou Hamiltonien) à partir du critère à optimiser, par exemple la quantité de carburant ou l’énergie électrique consommée, et la description de la dynamique du système. La dynamique du système est définie à partir de l’état de différentes variables du véhicule (vitesse du véhicule, état de charge de la batterie, etc.) et de différentes entrées ou consignes (consignes de couple à appliquer sur les roues du véhicule pour le moteur thermique, de consignes de couple à appliquer sur les roues du véhicule pour la machine électrique et/ou encore de consignes de chauffage du catalyseur, et/ou encore de consignes de contrôle du circuit de refroidissement). La fonction Hamiltonienne est minimisée afin de déterminer les consignes permettant d’obtenir le minimum de consommation de carburant ou d’énergie électrique. Chaque entrée ou consigne est dépendante de l’état de certaines variables. Par exemple, la consigne de couple pour la machine électrique à appliquer sur les roues du véhicule est dépendante de la vitesse du véhicule et de l’état de charge de la batterie, la consigne de contrôle du circuit de refroidissement est dépendante de la température en temps réel dans le circuit de refroidissement, la consigne de chauffage du catalyseur est dépendante de la température en temps réel dans le catalyseur. L’Hamiltonien ainsi déterminé est ensuite minimisé. Autrement dit, les valeurs des consignes pour lesquelles la valeur de l’Hamiltonien est la plus faible sont sélectionnées et appliquées au véhicule. Les valeurs de consignes sont ainsi déterminées en temps réel en fonction de l’état actuel du système. De plus, les consignes doivent notamment être adaptées lorsque l’état de chaque variable d’état a atteint les limites définies. Les limites sur les variables d’état sont appelées contraintes d’état, et posent des problèmes bien connus dans l’état de l’art, notamment une problématique dans l’adaptation a postériori des consignes optimales calculées a priori. Il est ainsi parfois proposé d’ajouter des termes supplémentaires dans la formule de l’Hamiltonien afin de le minimiser lorsque certaines limites des consignes ou de variables d’état sont atteintes, voire dépassées. Mais l’ajout de tels termes introduit également un biais artificiel dans l’Hamiltonien, qui, lorsqu’il est minimisé, peut ne pas indiquer l’ensemble correct de consignes optimales pour minimiser le critère demandé. Il existe donc le besoin d’une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cette fin, l’invention concerne un procédé d’optimisation de la consommation en énergie d’un véhicule automobile, le véhicule comprenant un réservoir de carburant, une batterie électrique apte à fournir de l’énergie électrique, un moteur thermique, alimenté par le réservoir en carburant, au moins une machine électrique alimentée par de l’énergie électrique fournie par la batterie, au moins un dispositif relatif au moteur thermique et au moins un dispositif relatif à la machine électrique, et un calculateur pour la gestion de la chaine de traction du véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le calculateur étant apte à commander le moteur thermique par l’émission d’une consigne dite « thermique » et la machine électrique par l’application d’une consigne dite « électrique », le moteur thermique, la machine électrique, l’au moins un dispositif relatif au moteur thermique et l’au moins un dispositif relatif à la machine électrique étant chacun caractérisés par au moins une variable d’état, chaque variable d’état permettant de décrire l’état de fonctionnement du dispositif qu’elle caractérise, chaque variable d’état étant dépendante d’au moins une contrainte d’état et étant définie par une valeur initiale à un instant initial, chaque consigne étant associée à au moins une variable d’état, ledit procédé étant remarquable en ce qu’il comprend les étapes de : définition d’une durée de prédiction à partir de l’instant initial, détermination de la variation théorique maximale de chaque variable d’état à partir de la valeur initiale de ladite variable d’état et sur la durée de prédiction de sorte que chaque variable d’état respecte l’ensemble des contraintes d’état qui lui sont propres, détermination du domaine de consignes applicables comprenant un ensemble de valeurs pour chaque consigne, chaque valeur de consigne étant sélectionnée de sorte que la variation de chaque variable d’état associée à ladite consigne respecte la variation théorique maximale déterminée pour ladite variable d’état, détermination de la valeur d’une consigne thermique et de la valeur d’au moins une consigne électrique dans le domaine de consignes applicables déterminé, pour laquelle la fonction Hamiltonienne est la plus faible. Le procédé est mis en œuvre pour un trajet prédéfini/donné pour le véhicule. Le procédé selon l’invention permet de définir des consignes de couple afin de fournir la puissance et l’accélération demandées par le conducteur au cours du fonctionnement du véhicule sur le trajet donné ou prévu, tout en minimisant la consommation énergétique du véhicule. De plus, lors de l’étape de détermination du domaine de consignes applicables, les valeurs de chaque consigne qui ne respectent pas l’au moins une contrainte appliquée à une variable d’état du système sont supprimées. Ainsi, les consignes thermique et électrique déterminées suite à cela sont forcément comprises dans le domaine des consignes applicables et pourront effectivement être appliquées au système. De préférence, la détermination de la valeur de chaque consigne est réalisée : en déterminant des consignes dites « optimales » en minimisant le Hamiltonien d’un système d’équations modélisant la dynamique du véhicule, dans le domaine des consignes applicables, en minimisant la fonction Lagrangienne modélisant la dynamique du véhicule, la fonction Lagrangienne étant déterminée à partir de l’Hamiltonien déterminé précédemment et de paramètres dits de « Karush, Kuhn & Tucker » relatifs aux contraintes d’état, dans le domaine complet des consignes, comprenant l’ensemble des consignes. Autrement dit, les fonctions représentant les contraintes d’état utilisées pour calculer la fonction Lagrangienne sont pondérées par des paramètres dits de « Karush, Kuhn & Tucker » (KKT) calculés de sorte que les consignes optimales déterminées par la minimisation de cette fonction Lagrangienne dans le domaine complet des consignes, correspondent aux consignes optimales obtenues par minimisation de la fonction Hamiltonienne dans le domaine de consignes applicables réduit aux seules consignes respectant les contraintes d’état considérées. De préférence, les paramètres de “Karush, Kuhn & Tucker” µ sont déterminés de sorte que la solution qui minimise le Hamiltonien dans le domaine de consignes applicables minimise également la fonction Lagrangienne dans le domaine complet. L’invention concerne également un calculateur pour la gestion de la chaine de traction d’un véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le véhicule comprenant un réservoir de carburant, une batterie électrique apte à fournir de l’énergie électrique, un moteur thermique alimenté par le réservoir en carburant, une machine électrique alimentée par de l’énergie électrique fournie par la batterie, au moins un dispositif relatif au moteur thermique et au moins un dispositif relatif à la machine électrique, et un calculateur pour la gestion de la chaine de traction d’un véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le calculateur étant apte à commander le moteur thermique par l’émission d’une consigne dite « thermique » et la machine électrique par l’application d’une consigne dite « électrique », le moteur thermique, la machine électrique, l’au moins un dispositif relatif au moteur thermique et l’au moins un dispositif relatif à la machine électrique étant chacun caractérisés par au moins une variable d’état, chaque variable d’état permettant de décrire l’état de fonctionnement du dispositif qu’elle caractérise, chaque variable d’état étant dépendante d’au moins une contrainte d’état et étant définie par une valeur initiale à un instant initial, chaque consigne étant associée à au moins une variable d’état, le calculateur étant remarquable en ce qu’il est configuré pour : définir une durée de prédiction à partir de l’instant initial, déterminer la variation théorique maximale de chaque variable d’état à partir de la valeur initiale de ladite variable d’état et sur la durée de prédiction de sorte que chaque variable d’état respecte l’ensemble des contraintes d’état qui lui sont propres, déterminer le domaine de consignes applicables comprenant un ensemble de valeurs pour chaque consigne, chaque valeur de consigne étant sélectionnée de sorte que la variation de chaque variable d’état respecte chaque variation théorique maximale déterminée pour ladite variable d’état, déterminer la valeur d’une consigne thermique et de la valeur d’au moins une consigne électrique dans le domaine de consignes applicables déterminé, pour laquelle la fonction Hamiltonienne est la plus faible. Ainsi, le calculateur permet de déterminer des consignes de couple afin de fournir la puissance et l’accélération demandées par le conducteur au cours du fonctionnement du véhicule sur le trajet donné ou prévu, tout en minimisant la consommation énergétique du véhicule. De plus, lors de l’étape de détermination du domaine de consignes applicables, les valeurs de chaque consigne qui ne respectent pas l’au moins une contrainte appliquée à une variable d’état du système sont supprimées. Ainsi, les consignes thermique et électrique déterminées suite à cela sont forcément comprises dans le domaine des consignes applicables et pourront effectivement être appliquées au système. De préférence, le calculateur est configuré pour déterminer la valeur de chaque consigne : en déterminant des consignes dites « optimales » en minimisant le Hamiltonien d’un système d’équations modélisant la dynamique du véhicule, dans le domaine des consignes applicables, déterminé précédemment et comprenant la sélection des consignes pour lesquelles chaque variable d’état respecte les contraintes d’état qui lui sont propres, en minimisant la fonction Lagrangienne modélisant la dynamique du véhicule, la fonction Lagrangienne étant déterminée à partir de l’Hamiltonien déterminé précédemment et de paramètres dits de « Karush, Kuhn & Tucker » relatifs aux contraintes d’état, dans le domaine complet des consignes, comprenant l’ensemble des consignes. Autrement dit, les consignes applicables sont réduites aux seules consignes respectant les contraintes d’état et optimales par le calcul des paramètres de Karush, Kuhn & Tucker. De préférence encore, le calculateur est configuré pour déterminer les paramètres de “Karush, Kuhn & Tucker” µ de sorte que la solution qui minimise le Hamiltonien dans le domaine de consignes applicables minimise également la fonction Lagrangienne dans le domaine complet. L’invention concerne également un véhicule comprenant un moteur thermique, alimenté par un réservoir en carburant, une machine électrique alimentée par de l’énergie électrique, et un calculateur pour la gestion de la chaine de traction tel que présenté précédemment. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur remarquable en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La est une vue schématique du véhicule selon l’invention. La est une illustration du procédé selon l’invention. Procédé d’optimisation de la consommation en énergie d’un véhicule automobile, le véhicule comprenant un réservoir de carburant, une batterie (30) électrique apte à fournir de l’énergie électrique, un moteur thermique (M), alimenté par le réservoir en carburant, au moins une machine électrique (M E ) alimentée par de l’énergie électrique fournie par la batterie (30), au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ), et un calculateur (40) pour la gestion de la chaine de traction du véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le calculateur (40) étant apte à commander le moteur thermique (M) par l’émission d’une consigne dite « thermique » et la machine électrique (M E ) par l’application d’une consigne dite « électrique », le moteur thermique (M), la machine électrique (M E ), l’au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et l’au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ) étant chacun caractérisés par au moins une variable d’état, chaque variable d’état permettant de décrire l’état de fonctionnement du dispositif qu’elle caractérise, chaque variable d’état étant dépendante d’au moins une contrainte d’état et étant définie par une valeur initiale à un instant initial, chaque consigne étant associée à au moins une variable d’état, ledit procédé étant caractérisé en ce qu ’il comprend les étapes de : définition (E2) d’une durée de prédiction à partir de l’instant initial, détermination (E3) de la variation théorique maximale de chaque variable d’état à partir de la valeur initiale de ladite variable d’état et sur la durée de prédiction de sorte que chaque variable d’état respecte l’ensemble des contraintes d’état qui lui sont propres, détermination (E4) du domaine de consignes applicables comprenant un ensemble de valeurs pour chaque consigne, chaque valeur de consigne est sélectionnée de sorte que la variation de chaque variable d’état respecte la variation théorique maximale déterminée pour ladite variable d’état, détermination (E5) de la valeur d’une consigne thermique et de la valeur d’au moins une consigne électrique, dans le domaine de consignes applicables déterminé, pour laquelle la fonction Hamiltonienne est la plus faible. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la détermination de la valeur de chaque consigne est réalisée : en déterminant des consignes dites « optimales » en minimisant le Hamiltonien d’un système d’équations modélisant la dynamique du véhicule, dans le domaine des consignes applicables, en minimisant la fonction Lagrangienne modélisant la dynamique du véhicule, la fonction Lagrangienne étant déterminée à partir de l’Hamiltonien déterminé précédemment et de paramètres dits de « Karush, Kuhn & Tucker » relatifs aux contraintes d’état, dans le domaine complet des consignes, comprenant l’ensemble des consignes. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les paramètres de “Karush, Kuhn & Tucker” µ sont déterminés de sorte que la solution qui minimise le Hamiltonien dans le domaine de consignes applicables minimise également la fonction Lagrangienne dans le domaine complet. Calculateur (40) pour la gestion de la chaine de traction d’un véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le véhicule comprenant un réservoir de carburant, une batterie (30) électrique apte à fournir de l’énergie électrique, un moteur thermique (M) alimenté par le réservoir en carburant, au moins une machine électrique (M E ) alimentée par de l’énergie électrique fournie par la batterie (30), au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ), et un calculateur (40) pour la gestion de la chaine de traction d’un véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le calculateur (40) étant apte à commander le moteur thermique (M) par l’émission d’une consigne dite « thermique » et la machine électrique (M E ) par l’application d’une consigne dite « électrique », le moteur thermique (M), la machine électrique (M E ), l’au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et l’au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ) étant chacun caractérisés par au moins une variable d’état, chaque variable d’état permettant de décrire l’état de fonctionnement du dispositif qu’elle caractérise, chaque variable d’état étant dépendante d’au moins une contrainte d’état et étant définie par une valeur initiale à un instant initial, chaque consigne étant associée à au moins une variable d’état, le calculateur étant caractérisé en ce qu ’il est configuré pour : définir une durée de prédiction à partir de l’instant initial, déterminer la variation théorique maximale de chaque variable d’état à partir de la valeur initiale de ladite variable d’état et sur la durée de prédiction de sorte que chaque variable d’état respecte l’ensemble des contraintes d’état qui lui sont propres, déterminer le domaine de consignes applicables comprenant un ensemble de valeurs pour chaque consigne, chaque valeur de consigne est sélectionnée de sorte que la variation de chaque variable d’état respecte chaque variation théorique maximale déterminée pour ladite variable d’état, déterminer la valeur d’une consigne thermique et de la valeur d’au moins une consigne électrique, dans le domaine de consignes applicables déterminé, pour laquelle la fonction Hamiltonienne est la plus faible. Calculateur selon la revendication précédente, configuré pour déterminer la valeur de chaque consigne : en déterminant des consignes dites « optimales » en minimisant le Hamiltonien d’un système d’équations modélisant la dynamique du véhicule, dans le domaine des consignes applicables, en minimisant la fonction Lagrangienne modélisant la dynamique du véhicule, la fonction Lagrangienne étant déterminée à partir de l’Hamiltonien déterminé précédemment et de paramètres dits de « Karush, Kuhn & Tucker » relatifs aux contraintes d’état, dans le domaine complet des consignes, comprenant l’ensemble des consignes. Calculateur selon la revendication précédente, étant configuré pour déterminer les paramètres de “Karush, Kuhn & Tucker” µ de sorte que la solution qui minimise le Hamiltonien dans le domaine de consignes applicables minimise également la fonction Lagrangienne dans le domaine complet. Véhicule automobile comprenant un réservoir de carburant, une batterie (30) électrique apte à fournir de l’énergie électrique, un moteur thermique (M) alimenté par le réservoir en carburant, au moins une machine électrique (M E ) alimentée par de l’énergie électrique fournie par la batterie (30), au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ), et un calculateur (40) pour la gestion de la chaine de traction d’un véhicule automobile sur un trajet prédéterminé, le calculateur (40) étant apte à commander le moteur thermique (M) par l’émission d’une consigne dite « thermique » et la machine électrique (M E ) par l’application d’une consigne dite « électrique », le moteur thermique (M), la machine électrique (M E ), l’au moins un dispositif (10, 20) relatif au moteur thermique (M) et l’au moins un dispositif (30) relatif à la machine électrique (M E ) étant chacun caractérisés par au moins une variable d’état, chaque variable d’état permettant de décrire l’état de fonctionnement du dispositif qu’elle caractérise, chaque variable d’état étant dépendante d’au moins une contrainte d’état et étant définie par une valeur initiale à un instant initial, chaque consigne étant associée à au moins une variable d’état, et un calculateur pour la gestion de la chaine de traction selon l’une quelconque des revendications 4 à 6. Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.