Brevet FR3144087A1 — publié le 20240628

Procédé (1) de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile à moteur à combustion interne et à boite de vitesses manuelle hybridé a posteriori, le procédé comprenant Une étape de détection (10) de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile ; Une étape de commande (13) d’une consigne de puissance (P recup ) à une machine électrique d’hybridation adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger ladite batterie d’accumulateurs électrique associée, ladite étape de commande (11) étant mise en œuvre en fonction de l’accélération ou la décélération du véhicule automobile. Figure d’abrégé : Figure 1 Procédé de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile à moteur à combustion interne à boite de vitesses manuelle hybridé L’invention concerne le domaine de l’hybridation des véhicule automobiles à moteur à combustion interne. En particulier l’invention concerne un procédé de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile à moteur à combustion interne à boite de vitesses manuelle hybridé. Dans le domaine de l’automobile, il est bien connu que les véhicules à moteur à combustion interne sont destinés à être remplacés progressivement par des véhicules comprenant des moteurs électriques ou tout autre mode de propulsion sans pétrole, ou selon un fonctionnement hybride combinant moteur à combustion interne et moteur non thermique, en particulier une machine électrique. Un enjeu est donc de transformer un véhicule automobile à combustion interne en véhicule hybride. On parle ici d’hybridation du véhicule automobile. Une telle solution permet de rendre hybride rechargeable un véhicule à combustion interne existant afin de pouvoir rouler en tout électrique sur quelques dizaines de kilomètres. Les véhicules thermiques les plus adaptés sont des véhicules dit de « segment B », tel que des véhicules citadins, majoritairement en boite manuelle. Afin de minimiser la complexité et le cout de l’opération de « rétrofit », autrement dit d’hybridation du véhicule existant, on peut ajouter un moteur électrique sur le train arrière, ou 2 moteurs-roue, et une batterie dans le coffre, sans toucher aux organes mécaniques du train avant. Le véhicule peut dans une telle situation fonctionner : - Soit en électrique pur avec le train arrière uniquement, qui sera en mesure de faire de la traction et régénération au freinage - Soit en thermique pur, avec le train arrière électrifié qui ajoutera des frottements supplémentaires, et impliquera une augmentation de la consommation, comparé au fonctionnement tel qu’il existait avant son hybridation. On évitera donc ce dernier mode de fonctionnement au profit d’un mode hybride avec maintien de la charge, autrement dit en mode hybride avec deux cas : - La batterie se décharge et le moteur électrique contribue à la traction avec une consommation fortement réduite - La batterie maintient son niveau de charge, auquel cas seule la récupération d’énergie au freinage pourra compenser les pertes supplémentaires afin de ne pas augmenter la consommation (et potentiellement l’améliorer un peu) Toutefois un tel fonctionnement hybride pose de nombreux problèmes quant à la gestion de la récupération d’énergie lors d’un freinage, dit freinage récupératif, du fait du non-découplage de la pédale de frein, dont la structure n’est pas modifiée lors de l’hybridation. En effet sur une boite de vitesse manuelle le conducteur gère déjà une décélération au travers du frein moteur sur le train avant, dépendant du rapport de boite enclenché. On connait par exemple le document JP6354241 B2 qui divulgue un procédé d’optimisation du freinage récupératif. Toutefois ce document ne permet pas de résoudre le problème du freinage récupératif pour un véhicule hybridé a posteriori, c’est-à-dire auquel un groupe motopropulseur électrique a été ajouté après qu’il soit sorti de chaîne de fabrication, et pour lequel la commande de la pédale de frein n’est pas découplée. Il existe donc le besoin d’une solution pour optimiser la récupération d’énergie lors d’un freinage pour un véhicule automobile hybridé. Un premier objet de l’invention concerne un procédé de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une boite de vitesses manuelle et un dispositif d’embrayage actionné par le conducteur adapté pour découpler ou coupler la boite de vitesse manuelle à un arbre entraîné par le moteur, ledit véhicule étant hybridé avec un ensemble électrique comprenant une batterie d’accumulateurs électriques et une machine électrique apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur, ledit procédé comprenant : - Une étape de détection de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile ; - Une étape de commande d’une consigne de puissance à la machine électrique adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger la batterie d’accumulateurs électrique, ladite consigne étant fonction de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile. Ce procédé permet d’optimiser la récupération d’énergie lors d’un freinage puisque la récupération d’énergie est activée au moment de la décélération, sans qu’il ne soit nécessaire de modifier la structure du véhicule à combustion interne hydridé. Préférentiellement, l’étape de commande d’une consigne de puissance est mise en œuvre lorsque la décélération mesurée est supérieure à un seuil de décélération prédéterminé, ledit seuil étant par exemple entre -1m/s² et -2m/s². Avantageusement et de manière non limitative, ladite consigne de puissance est adaptée pour faire converger la décélération du véhicule vers ledit seuil de décélération prédéterminé. Ainsi on peut créer les conditions d’un freinage récupératif ressemblant au frein moteur produit par les véhicules hybrides conventionnels. Dans un mode de réalisation, le procédé peut comprendre : - Une étape d’acquisition d’un signal d’actionnement du dispositif d’embrayage, apte à fournir au moins une indication de découplage de l’arbre et de la boîte de vitesse ; - Une étape d’acquisition d’un signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur du véhicule automobile, apte à fournir au moins une indication de relâchement de la pédale d’accélérateur ; ladite consigne étant en outre fonction du signal d’actionnement du dispositif d’embrayage et du signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur. Ces étapes permettent de prendre en compte un changement de vitesse du véhicule pour adapter l’activation de la récupération d’énergie et ainsi permettre de combiner le freinage lié au changement de vitesse et la récupération d’énergie sans inconfort pour les passagers. Préférentiellement, la mise en œuvre de l’étape de commande est retardée d’une valeur de retard prédéterminée lorsque le signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur indique un relâchement de la pédale d’accélérateur et lorsque le signal d’actionnement de l’embrayage indique un découplage de l’arbre et de la boîte de vitesse. Préférentiellement, ledit retard est compris entre 1 seconde et 2 secondes. Préférentiellement, lorsque la commande de la machine électrique est retardée, on calcule un profil d’augmentation progressive de la commande en couple. Dans un autre mode de réalisation, l’étape de détection de l’accélération ou de la décélération met en œuvre l’acquisition d’un signal fourni par un capteur accéléromètre ou le calcul d’une dérivée d’un signal de vitesse transmis par un organe de contrôle du véhicule automobile. Un second objet de l’invention est un Dispositif de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une boite de vitesses manuelle et un dispositif d’embrayage actionné par le conducteur adapté pour découpler ou coupler la boite de vitesse manuelle à un arbre entraîné par le moteur, ledit véhicule étant hybridé avec un ensemble électrique comprenant une batterie d’accumulateurs électriques et une machine électrique apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur, ledit dispositif comprenant : - Des moyens de détection de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile ; - Une unité de commande d’une consigne de puissance à la machine électrique adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger ladite batterie d’accumulateurs électrique, ladite consigne de puissance étant fonction de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile. Pour la mise en œuvre de ces derniers moyens ou des moyens précédents automatisés, le dispositif comprendra ici un ordinateur, ou plus généralement au moins un processeur ou tout autre type de calculateur numérique, par exemple un calculateur embarqué dans un véhicule. Le dispositif peut aussi comprendre une pluralité de processeurs ou calculateurs numériques distincts, formant différents moyens du dispositif, coopérant les uns avec les autres. L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, à une boite de vitesses manuelle et un dispositif d’embrayage actionné par le conducteur adapté pour coupler la boite de vitesse manuelle à un arbre moteur, ledit véhicule étant hybridé avec un ensemble électrique comprenant une batterie d’accumulateurs électriques et une machine électrique apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur, comprenant en outre un dispositif de commande tel que décrit précédemment. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description 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 : représente un organigramme du procédé selon le mode de réalisation principal de l’invention ; représente un véhicule automobile selon l’invention ; et est un graphique illustrant le comportement du procédé de commande en fonction des paramètres de fonctionnement du véhicule automobile. Un véhicule automobile 3 à moteur à combustion interne 30 comprend dans ce mode de réalisation une boite de vitesses manuelle 31 et un dispositif d’embrayage 32 actionné par le conducteur, ici par l’intermédiaire d’une pédale d’embrayage adaptée pour coupler (en position levée, le conducteur n’actionnant pas la pédale) ou découpler (en position enfoncée, le conducteur actionnant la pédale) la boite de vitesse manuelle 31 de l’arbre moteur, non représenté. Ce véhicule 3 est hybridé a posteriori. Autrement dit on ajoute à ce véhicule un ensemble électrique 34,35 comprenant une machine électrique 35 et une batterie d’accumulateur électrique 34 pour permettre un fonctionnement hybride sans modifier la structure propre du véhicule 3 destiné initialement à fonctionner avec son moteur à combustion interne 30 uniquement. La machine électrique 35 est dans ce mode de réalisation montée en prise sur le train arrière, de sorte qu’elle est apte à entrainer en rotation l’essieu et les roues du train arrière. L’invention n’est pas limitée à ce mode particulier de couplage de la machine électrique au train de roue du véhicule automobile. On peut notamment adapter l’invention pour qu’elle comprenne deux machines électriques chacune associée à une roue du train arrière. On parle alors de moteur-roue. En outre, selon une autre alternative, lorsque le moteur à combustion interne est monté à l’arrière du véhicule automobile, la machine électrique peut alors être installée à l’avant du véhicule automobile. La machine électrique 35 du véhicule est adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger la batterie. Le fonctionnement d’un freinage récupératif est bien connu. Afin de recharger la batterie 34, la machine peut passer d’un mode moteur à un mode récupératif, dans lequel elle crée un couple résistif, ce couple résistif étant converti par les bobinages de la machine en un courant électrique venant recharger la batterie d’accumulateurs électriques. La structure n’étant pas modifiée lors de l’hybridation, le véhicule automobile n’est pas conçu pour la gestion de la récupération d’énergie lors du freinage. En particulier la pédale de frein 33 n’est généralement pas découplée du train moteur. Dans un véhicule hybride conventionnel la pédale de frein est découplée du moteur. Autrement dit, la pédale de frein n’agit directement sur les freins du véhicule automobile. Dans un véhicule hybride la commande de frein, tel que l’actionnement de la pédale de frein, est mesurée, et un calculateur détermine si un freinage récupératif peut être enclenché, via l’effet de la machine électrique, avant d’enclencher les freins mécaniques lorsque la requête de freinage est plus importante. Autrement dit un signal de freinage est mesuré, par exemple un pourcentage de progression de la course de la pédale de frein, pour calculer si un freinage récupératif est possible ou si un freinage direct par les moyens de freinage mécanique est nécessaire. Dans le cadre de notre véhicule automobile hybridé a posteriori, cette solution n’est pas possible. Seul un freinage récupératif pourrait être directement commandé quand le conducteur lève le pied de l’accélérateur. De plus, sur un véhicule à boite de vitesses manuelle, le conducteur gère déjà une décélération au travers du frein moteur sur le train avant, dépendant du rapport de boite enclenché. Afin de palier à ce problème, on met en œuvre un procédé de commande 1 d’un ensemble électrique 34, 35 pour la gestion de la récupération d’énergie lors de la décélération du véhicule automobile. Le procédé, selon l’invention, comprend, tout d’abord, une étape de détection 10 de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile. Cette étape 10 est mise en œuvre dans ce mode de réalisation par l’acquisition d’un signal de mesure d’un capteur accéléromètre 37. Toutefois, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation particulier. On peut notamment prévoir de mettre en œuvre l’étape de détection de l’accélération 10 par calcul de la dérivée d’un signal de vitesse transmis par un organe de contrôle du véhicule, ou par tout autre méthode adaptée. Ensuite, en fonction de l’accélération ou la décélération mesurée, le procédé 1 comprend une étape de commande 13 d’une consigne de puissance P recup à la machine électrique 35 adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger la batterie 34. Cette étape est mise en œuvre par une unité de commande 36 par exemple ici un calculateur embarqué. L’étape de commande 13 est notamment mise en œuvre lorsque la décélération mesurée est supérieure à un seuil prédéterminé. Préférentiellement, le seuil prédéterminé est compris dans une plage de valeurs allant de -1m/s² à -2m/s², par exemple dans ce mode de réalisation un seuil de décélération de -1.5m/s². Comme une décélération correspond à une accélération négative, il est entendu qu’une valeur de décélération « supérieure » à un seuil de décélération, par exemple un seuil de -1.5m/s², est donc une valeur numérique supérieure à la valeur numérique du seuil, par exemple -1.2m/s². La décélération -1.2m/s² est une valeur de décélération « supérieure » au seuil de décélération de -1.5m/s². Aussi, lorsque le procédé 1 mesure une décélération supérieure à ce seuil alors l’unité de commande est actionnée pour déclencher la récupération d’énergie. Dans ce contexte le procédé 1 va commander 13 une puissance adaptée pour faire converger la décélération totale du véhicule automobile (décélération naturelle et freinage récupératif) vers le seuil de décélération, par exemple ici -1.5m/s². Toutefois la valeur de convergence de la décélération totale peut, selon une alternative, être différente du seuil prédéterminé. Il peut alors s’agir d’une seconde valeur de décélération prédéterminée. Au contraire si la décélération est inférieure à ce seuil, sous l’effet du frein moteur, autrement dit si l’accélération totale est inférieure à -1.5m/s², alors l’unité de commande 13 ne commande pas de freinage récupératif à la machine électrique 35. On notera, comme il sera exposé plus loin dans l’exemple de la , en phase P3, que si la pédale de freinage mécanique est actionnée, alors que le freinage récupératif est d’ores et déjà actif, l’accélération totale pourra être inférieure au seuil de décélération sans que ne soit désactivé le freinage récupératif, car dans ce contexte, la volonté du conducteur prime, et ici sa volonté est d’augmenter la décélération totale du véhicule En outre, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, mais de manière non limitative, en amont de l’étape de commande 13, on met en œuvre une étape d’acquisition 11 d’un signal d’actionnement du dispositif d’embrayage, apte à fournir au moins une indication de débrayage. Cette étape d’acquisition 11 est mise en œuvre par un capteur qui mesure la course de la pédale d’embrayage appartenant au dispositif d’embrayage 32. L’invention n’est pas limitée à ce capteur de course de la pédale d’embrayage et tout moyen connu pour acquérir une information quant à l’actionnement de l’embrayage pourrait s’y substituer. Par exemple, on considère que le conducteur a totalement découplé la boite de vitesse de l’arbre moteur lorsque la course de la pédale d’embrayage est comprise entre 40% et 60% de sa course, par exemple lorsque la course de la pédale est à 55% de sa course maximale. Le procédé 1 comprend également, en amont de l’étape de commande, une étape d’acquisition 12 d’un signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur du véhicule automobile, apte à fournir au moins une indication de relâchement de la pédale d’accélérateur. L’étape de commande 13 est alors mise en œuvre en fonction du signal d’actionnement du dispositif d’embrayage 32 et du signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur 33, en plus, de l’accélération ou la décélération mesurée. Ainsi lorsque le signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur indique un relâchement de la pédale d’accélérateur et le signal d’actionnement de l’embrayage indique un débrayage alors la mise en œuvre de l’étape de commande est retardée d’une valeur de retard prédéterminée, car on comprend que cet enchaînement d’action indique une volonté de changement de rapport engagé par le conducteur. Or dans une telle situation le conducteur ne souhaite pas subir un comportement inattendu du véhicule tel qu’une décélération augmentée par un freinage récupératif. Préférentiellement, le retard est compris entre 1 secondes et 2 secondes. De manière préférée, lorsque la commande de la machine électrique est retardée, on calcule alors un profil d’augmentation progressive de la commande en couple, permettant d’activer le freinage récupératif sans perturber le conducteur. On peut à titre d’alternative, ne pas retarder le freinage récupératif mais calculer seulement un profil d’augmentation progressive de la commande en couple, tel qu’il est illustré dans sa phase P1. Avec ce procédé 1, le rétrogradage effectué par le conducteur sera complètement lissé par la régénération du train arrière, de sorte à avoir un ressenti proche d’une boite automatique très souple et ce procédé pourra également être adapté à n’importe quelle boite manuelle malgré la diversité de véhicules hybridé, avec simplement une recalibration du seuil et du retard selon les niveaux de freins moteurs de chaque voiture. On illustre maintenant ce procédé 1 avec la . On remarque dans une première phase P1 que le conducteur relâche sa pédale d’accélérateur 25 à t=2, et simultanément augmente le rapport 24 de la boite de vitesse passante de 3 à 4. 0 t=2, le véhicule connait une faible décélération 20, générée par l’augmentation progressive d’un freinage récupératif 21, qui produit une décélération générale 20 sensiblement plus fort. Aussitôt que le pédale d’accélérateur est réactivée, a t=3, et que le rapport est passé, on remarque alors l’arrêt immédiat du freinage récupératif 21 et une reprise positive de l’accélération totale 20 du véhicule. Dans une deuxième phase P2 d’exemple, on remarque à t=6 un relâchement de la pédale d’accélérateur 25, provoquant une décélération totale 20 du véhicule autour de -0.5m/s². A ce moment le procédé 1 vient alors commander 13 un freinage récupératif 21, selon une courbe progressive, venant stabiliser la décélération à la valeur cible de -1.5m/s², atteinte sensiblement à t=9. Toutefois près de t=11, on remarque que le rapport de vitesse 24 passe de 4 à 3, il s’agit d’un rétrogradage, provoquant un freinage moteur 22 s’ajoutant à la décélération totale, et une accélération totale inférieure à -1.5m/s², le freinage récupératif 21 est alors immédiatement annulé, et une nouvelle pente de commande est calculée afin de maintenir cette décélération à -1.5m/s². Lorsque le frein mécanique 23, dans la phase P3 est activé, on maintient toutefois le freinage récupératif 21, puisque le conducteur indique une volonté d’augmenter la décélération totale 20 du véhicule automobile. On remarque que ce comportement est cohérent afin de ne pas avoir un effet contraire à la volonté du conducteur, le relâchement du freinage récupératif aurait en effet pour effet de réaccélérer au moment où le conducteur actionne le frein mécanique. Procédé (1) de commande d’un ensemble électrique (34, 35) d’un véhicule automobile (3) comprenant un moteur à combustion interne (30), une boite de vitesses manuelle (31) et un dispositif d’embrayage (32) actionné par le conducteur adapté pour découpler ou coupler la boite de vitesse manuelle (31) à un arbre entraîné par le moteur (30), ledit véhicule (3) étant hybridé avec un ensemble électrique (34, 35) comprenant une batterie d’accumulateurs électriques (34) et une machine électrique (35) apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur (30), ledit procédé (1) comprenant : Une étape de détection (10) de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile (3) ; Une étape de commande (13) d’une consigne de puissance (P recup ) à la machine électrique (35) adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger la batterie d’accumulateurs électrique (34), ladite consigne étant fonction de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile (3). Procédé (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de commande (13) d’une consigne de puissance est mise en œuvre lorsque la décélération mesurée est supérieure à un seuil de décélération prédéterminé, ledit seuil étant par exemple entre -1m/s² et -2m/s². Procédé (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite consigne de puissance est adaptée pour faire converger la décélération du véhicule (3) vers ledit seuil de décélération prédéterminé. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu’il comprend : Une étape d’acquisition (11) d’un signal d’actionnement du dispositif d’embrayage (32), apte à fournir au moins une indication de découplage de l’arbre et de la boîte de vitesse (31) ; Une étape d’acquisition (12) d’un signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur du véhicule automobile, apte à fournir au moins une indication de relâchement de la pédale d’accélérateur ; ladite consigne étant en outre fonction du signal d’actionnement du dispositif d’embrayage (32) et du signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur. Procédé (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mise en œuvre de l’étape de commande (13) est retardée d’une valeur de retard prédéterminée lorsque le signal d’actionnement de la pédale d’accélérateur indique un relâchement de la pédale d’accélérateur et lorsque le signal d’actionnement de l’embrayage (32) indique un découplage de l’arbre et de la boîte de vitesse (31). Procédé (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit retard est compris entre 1 seconde et 2 secondes. Procédé (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lorsque la commande de la machine électrique est retardée, on calcule un profil d’augmentation progressive de la commande en couple. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de détection (10) de l’accélération ou de la décélération met en œuvre l’acquisition d’un signal fourni par un capteur accéléromètre (37) ou le calcul d’une dérivée d’un signal de vitesse transmis par un organe de contrôle du véhicule automobile. Dispositif (36) de commande d’un ensemble électrique d’un véhicule automobile (3) comprenant un moteur à combustion interne (30), une boite de vitesses manuelle (31) et un dispositif d’embrayage (32) actionné par le conducteur adapté pour découpler ou coupler la boite de vitesse manuelle (31) à un arbre entraîné par le moteur (30), ledit véhicule (3) étant hybridé avec un ensemble électrique (34, 35) comprenant une batterie d’accumulateurs électriques (34) et une machine électrique (35) apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur (30), ledit dispositif comprenant : Des moyens de détection (37) de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile ; Une unité de commande (36) d’une consigne de puissance à la machine électrique (35) adaptée pour produire un couple récupératif apte à générer un courant électrique destiné à recharger ladite batterie d’accumulateurs électrique (34), ladite consigne de puissance étant fonction de l’accélération ou de la décélération du véhicule automobile (3). Véhicule automobile (3) comprenant un moteur à combustion interne (30), à une boite de vitesses manuelle (31) et un dispositif d’embrayage (32) actionné par le conducteur adapté pour coupler la boite de vitesse manuelle (31) à un arbre moteur, ledit véhicule (3) étant hybridé avec un ensemble électrique (34, 35) comprenant une batterie d’accumulateurs électriques (34) et une machine électrique (35) apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile qui n’est pas entraînée par le moteur (30), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de commande (36) selon la revendication 9.