PROCEDE DE GESTION DU FONCTIONNEMENT D'UN VEHICULE

HYBRIDE

L'invention concerne les véhicules du type comportant une chaîne de traction à groupe motopropulseur (ou GMP) comportant un moteur thermique, une machine électrique couplée au moteur thermique, et une boîte de vitesses, couplés au train avant du véhicule.

Elle concerne plus particulièrement un procédé de gestion du fonctionnement d'un véhicule hybride.

La figure 1 montre une chaîne de traction conventionnelle d'un véhicule comportant deux roues motrices avant 14, 16 entraînées en rotation par le couple fournit par un moteur thermique 18 par l'intermédiaire d'un moyen de couplage 20, typiquement un embrayage, et d'une boîte de vitesses 22. Une machine électrique avant 24, couplée au moteur thermique 18, est alimentée par une batterie (non représentée sur la figure). Cette machine électrique 24 assure la fonction dite « Stop and Start ». Dans ce mode de fonctionnement, la machine électrique 24 assure le redémarrage du moteur thermique 18, la recharge du moyen de stockage de l'énergie électrique générée par le moteur thermique ainsi que l'alimentation du réseau électrique du véhicule lorsque le moteur tourne ; la batterie alimentant le réseau électrique du véhicule lorsque le moteur est coupé.

Des véhicules dits hybrides, intègrent, en plus du groupe motopropulseur (GMP) de la chaîne de traction conventionnelle, appelée par la suite chaîne de traction thermique, une chaîne de traction électrique comportant une ou des machines électriques de taille et puissance plus ou moins importantes pour assurer la traction du véhicule.

Cette intégration nécessite des ressources et des investissements importants car le développement est spécifique à chaque GMP.

Elle présente en outre des difficultés croissantes du fait de l'augmentation des contraintes dimensionnelles dans le compartiment moteur, notamment lorsque le GMP est positionné en transversal.

Pour pallier les inconvénients des véhicules hybrides de l'état de l'art, l'invention propose d'associer au groupe motopropulseur classique, qui

entraîne le véhicule par le train avant, une chaîne de traction électrique sur le train arrière du véhicule telle que représentée à la figure 2.

A cet effet, l'invention propose un procédé de gestion du fonctionnement d'un véhicule hybride comportant : - une chaîne de traction thermique comportant un train avant, un moteur thermique couplé par un moyen de couplage à une boîte de vitesses destinée à transmettre au train avant le couple fourni par le moteur thermique pour différents rapports de démultiplication de la boîte de vitesses, un moyen de stockage d'énergie électrique couplé au réseau électrique du véhicule, une machine électrique avant couplée au moteur thermique et dimensionnée pour assurer son redémarrage, la recharge du moyen de stockage d'énergie électrique ainsi que l'alimentation du réseau électrique du véhicule lorsque le moteur thermique tourne, le moyen de stockage alimentant le réseau électrique lorsque le moteur thermique est coupé, - une chaîne de traction électrique comportant un train arrière, au moins une machine électrique arrière couplée mécaniquement au train arrière, la chaîne de traction thermique et la chaîne de traction électrique partageant les ressources du même moyen de stockage d'énergie électrique ; et - un moyen de commande pour commander la chaîne de traction thermique, la chaîne de traction électrique et le moyen de stockage d'énergie électrique pour tenir compte de toutes les situations de vie du véhicule, le procédé consistant à commander la chaîne de traction thermique, la chaîne de traction électrique et le moyen de stockage d'énergie électrique pour tenir compte de toutes les situations de vie du véhicule. On trouve, parmi les situations de vie du véhicule :

- les actions par le conducteur sur les éléments de commande du véhicule, telles que l'action sur la pédale d'accélération ou de frein ;

- le roulement du véhicule sur sol à faible adhérence, - un fonctionnement du véhicule de type 4X4,

- etc.

A cet effet, l'invention propose un procédé de gestion du fonctionnement d'un véhicule hybride selon l'invention, caractérisé en ce que lorsque le conducteur agit sur les commandes du véhicule pour décélérer ou

freiner, ce qui se traduit par l'apparition d'un couple résistif au niveau des roues, ledit procédé comporte au moins les phases suivantes :

- découplage du moteur thermique du train avant ;

- imposition par la machine électrique arrière d'un couple résistif au niveau du train arrière dans la limite du niveau de décélération du véhicule demandé par le conducteur et de la stabilité du véhicule.

Dans cette réalisation du procédé, le niveau de décélération du véhicule est lié à l'action sur la commande d'accélération et à l'intensité de freinage du véhicule, exercée par le conducteur. Dans cette réalisation, la machine électrique arrière est configurée en générateur de courant électrique transformant le couple résistif prélevé au niveau des roues du train arrière produit par l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique transmise au réseau électrique pour recharger le moyen de stockage d'énergie électrique.

Dans une autre réalisation, lorsque le conducteur demande une faible puissance de traction sur les roues, le procédé comporte au moins les phases suivantes :

- découplage du moteur thermique du train avant, - alimentation de la machine électrique arrière, configurée en moteur électrique, par le moyen de stockage d'énergie électrique produisant un couple de traction transmis au train arrière du véhicule.

Dans cette autre réalisation, le couple délivré par la machine électrique arrière est lié à l'enfoncement de la pédale d'accélération par le conducteur.

Dans une autre réalisation, lorsque le véhicule roule sur un sol à faible adhérence, le potentiel d'accélération du train avant est complété par un potentiel d'accélération du train arrière. Dans cette autre réalisation, le procédé comporte au moins les phases suivantes :

- contrôle du niveau de la puissance délivrée par le train avant en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélération par le conducteur ;

- contrôle de la puissance délivrée par le train arrière proportionnellement à l'enfoncement de la pédale d'accélérateur.

Dans cette autre réalisation, la puissance délivrée par le train avant est limitée par le niveau d'adhérence des roues sur le sol.

Dans une autre réalisation, lorsque le conducteur demande une accélération supérieure à celle que le moteur thermique est capable de fournir sur le train avant du véhicule, la chaîne de traction électrique du véhicule est piloté de façon à fournir la puissance maximum disponible sur le train arrière, la machine électrique arrière étant configurée en moteur électrique alimenté par le moyen de stockage d'énergie électrique.

Dans une autre réalisation, lorsque le conducteur demande une puissance de traction qui impose d'utiliser le moteur thermique, d'un point de vue de la consommation de carburant, ou parce que le niveau de puissance électrique disponible est insuffisant, le procédé comporte au moins les phases suivantes :

- fourniture par le moteur thermique de l'intégralité de la puissance demandée par le conducteur au véhicule, la machine électrique avant fonctionnant en générateur de courant rechargeant le moyen de stockage d'énergie électrique ; - train arrière est en attente : aucun couple résistif n'est appliqué au train arrière par la machine électrique arrière.

Dans une autre réalisation, lorsque la puissance demandée par le conducteur est fournie par le moteur thermique et par la machine électrique arrière, le procédé comporte au moins les phases suivantes pour réduire les émissions polluantes du moteur thermique :

- fourniture par le moteur thermique, sur le train avant, de la puissance demandée par le conducteur diminuée de la puissance disponible sur le train arrière pour optimiser le point de fonctionnement du moteur thermique.

- fourniture d'une puissance d'origine électrique sur le train arrière en complément de la puissance fournie par le moteur thermique sur le train avant pour fournir au véhicule la puissance demandée par le conducteur.

L'invention sera mieux comprise par une description détaillée d'un exemple d'architecture de véhicule hybride selon l'invention et aussi par des exemples de stratégies mises en œuvre par le procédé de gestion de ladite architecture en fonction des situations de vie du véhicule hybride en référence aux figures indexées dans lesquelles :

- la figure 1 , déjà décrite, représente une chaîne de traction thermique conventionnelle d'un véhicule ;

- la figure 2, déjà décrite, représente une chaîne de traction électrique sur un train arrière d'un véhicule ; - la figure 3, représente une architecture simplifiée d'un véhicule hybride piloté par le procédé selon l'invention ;

- la figure 4 représente une première stratégie de pilotage du véhicule hybride de la figure 3 permettant de récupérer de l'énergie en décélération et au freinage ; - la figure 5 représente une deuxième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'entraîner le véhicule exclusivement par traction en mode électrique pure ;

- la figure 6 représente une troisième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'offrir de la motricité sur le train arrière du véhicule en complément du GMP sur le train avant ;

- la figure 7 représente une quatrième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'offrir un complément d'accélération par rapport à la capacité d'accélération disponible avec le train avant ;

- la figure 8 représente une cinquième stratégie de pilotage du véhicule permettant de recharger le moyen de stockage avec le moteur thermique via la machine électrique avant ; et

- la figure 9 représente une sixième stratégie de pilotage du véhicule permettant de délester le GMP.

Par machine électrique, on entend la machine proprement dite associée à son électronique de puissance (onduleur).

La figure 3 représente une architecture simplifiée d'un véhicule hybride piloté par le procédé selon l'invention.

Le véhicule de la figure 3 comporte, à l'avant du véhicule, une chaîne de traction thermique 50 telle que représentée à la figure 1 , comportant le train avant 10 et les deux roues motrices avant 14, 16 du véhicule. Les roues

motrices sont entraînées en rotation par le couple fourni par le moteur thermique 18 par l'intermédiaire du moyen de couplage 20 et de la boîte de vitesses 22.

L'avant du véhicule comporte, dans le compartiment du GMP, une machine électrique avant 56 couplée mécaniquement à un arbre du moteur thermique 18 par une courroie pour assurer la fonction Stop and Start définie plus haut.

Le véhicule comporte, à l'arrière du véhicule, une chaîne de traction électrique 60 comportant un train arrière 62 et deux roues motrices arrière 64, 66 couplées mécaniquement à une machine électrique arrière 68.

Le véhicule hybride comporte en outre, un réseau électrique 70 reliant des accès électriques 72 de la machine électrique avant 56 et des accès électriques 74 de la machine électrique arrière 68 à des accès électriques 76 d'un moyen de stockage d'énergie électrique 80. Le moyen de stockage est typiquement une batterie, ou un pack de batteries constitué d'une pluralité d'accumulateurs. Ce moyen peut être également réalisé par une super capacité.

Le réseau électrique 70 assure les transferts d'énergie électrique entre la machine électrique avant 56, la machine électrique arrière 68 et le moyen de stockage 80.

La machine électrique arrière 68 peut être configurée, soit en moteur électrique alimenté par le réseau électrique 70 produisant un couple moteur sur le train arrière du véhicule, soit en générateur électrique produisant un courant électrique sur ledit réseau électrique 70 à partir d'un couple prélevé sur le train arrière 62.

Le véhicule hybride comporte des éléments habituels de commande d'accélération et de freinage (non représenté) contrôlés par le conducteur, tels qu'une pédale d'accélération commandant le couple délivré par le moteur thermique 18 et une pédale de frein commandant le freinage du véhicule.

La caisse du véhicule est reliée mécaniquement aux trains avant et arrière du véhicule par des dispositifs de suspension non représentés sur les figures.

L'architecture du véhicule hybride représenté à la figure 3, .comporte en outre un moyen de commande 40, par exemple une unité de gestion de la chaîne de traction (PTMU) qui permet d'assurer un pilotage de la chaîne de traction thermique 50, de la chaîne de traction électrique 60 pour répondre aux différentes stratégies de pilotage du véhicule liées aux situations de vie dudit véhicule.

Par la suite sont décrites ces différentes stratégies de pilotage du procédé de pilotage selon l'invention, en fonction des situations de vie du véhicule. Dans une première situation de vie du véhicule, le conducteur agit sur les commandes du véhicule pour décélérer ou freiner, ce qui se traduit par l'apparition d'un couple résistif au niveau des roues. : par exemple, par le relâchement de l'accélérateur, action éventuellement suivie d'une pression sur la pédale de frein. La stratégie de pilotage consiste alors dans la transformation de l'énergie cinétique du véhicule, en énergie électrique qui est ensuite stockée dans le moyen de stockage 80.

La figure 4 représente cette première stratégie de pilotage du véhicule hybride de la figure 3 permettant de récupérer de l'énergie en décélération et au freinage. Le procédé de gestion du fonctionnement du véhicule dans cette première situation de vie comporte au moins les phases suivantes :

- découplage du moteur thermique 18 du train avant 10. Le train avant 10 est découplé du moteur thermique 18 de manière à minimiser les pertes mécaniques dues à l'entraînement du moteur thermique par le véhicule.

- imposition par la machine électrique arrière 68 d'un couple résistif au niveau du train arrière 62 dans la limite du niveau de décélération du véhicule demandé par le conducteur et de la stabilité véhicule.

Le niveau de décélération du véhicule est lié à l'action sur la commande d'accélération et à l'intensité de freinage du véhicule, exercée par le conducteur.

Dans cette stratégie, la machine électrique arrière 68 est configurée en générateur de courant électrique pour transformer le couple résistif prélevé au niveau des roues du train arrière 62, produit par l'énergie

cinétique du véhicule, en énergie électrique transmise au réseau électrique 70 pour recharger le moyen de stockage d'énergie électrique 80.

La flèche f1 sur la figure 4 montre le sens de transfert de l'énergie cinétique du véhicule, après transformation en énergie électrique, chargeant le moyen de stockage 80 par le réseau électrique 70.

Dans une deuxième situation de vie, le conducteur demande une faible puissance de traction sur les roues. Dans cette configuration, il est plus rentable d'un point de vue consommation de carburant de rouler en mode électrique pur en utilisant l'énergie électrique stockée dans le moyen de stockage 80 et de recharger le moyen de stockage par la suite via le moteur thermique 18.

La figure 5 représente cette deuxième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'entraîner le véhicule exclusivement par traction en mode électrique pur. Le procédé selon l'invention, dans cette deuxième situation de vie, comporte au moins les phases suivantes :

- découplage du moteur thermique 18 du train avant 10. Le train avant 10 est découplé du moteur thermique 18 de manière à minimiser les pertes mécaniques dues à l'entraînement du moteur thermique par le véhicule.

- alimentation de la machine électrique arrière 68, configurée en moteur électrique, par le moyen de stockage d'énergie électrique 80.

La machine électrique arrière 68, configurée en moteur électrique, produit un couple de traction transmis au train arrière 62 du véhicule. Le couple de traction sur le train arrière 62, délivré par la machine électrique arrière 68, est lié à l'enfoncement de la pédale d'accélération par le conducteur.

La flèche f2 sur la figure 5 montre le sens de transfert de l'énergie stockée dans le moyen de stockage 80 pour alimenter la machine électrique arrière 68.

Dans une troisième situation de vie, le véhicule roule sur un sol à faible adhérence, par exemple un sol ou une route présentant sur sa surface de la neige, de l'eau (par exemple, par temps de pluie) du sable etc.. La stratégie de pilotage consiste, dans cette situation, à compléter le potentiel

d'accélération du train avant 10 par un potentiel d'accélération du train arrière 62. La capacité d'accélération du véhicule est ainsi augmentée.

La figure 6 représente cette troisième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'offrir de la motricité sur le train arrière 62 du véhicule en complément de la motricité offerte par le GMP sur le train avant 10.

Le procédé selon l'invention, dans cette troisième situation de vie, comporte au moins les phases suivantes :

- contrôle du niveau de la puissance délivrée par le train avant 10 en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélération par le conducteur. La puissance délivrée par le train avant 10, est, par ailleurs, limitée par le niveau d'adhérence des roues sur le sol. Si un patinage des roues du véhicule sur le sol est détecté, la puissance motrice est limitée de manière à éviter le patinage et à assurer la stabilité du véhicule. - contrôle de la puissance délivrée par le train arrière 62 proportionnellement à l'enfoncement de la pédale d'accélération.

Les flèches f3, f4 sur la figure 6 montrent respectivement le sens de transfert du couple moteur du GMP vers les roues du train avant 10 du véhicule et, de l'énergie électrique fournie par la machine électrique avant 56 pour alimenter la machine électrique arrière 68 configurée en moteur électrique et fournissant le couple de traction électrique arrière.

Dans une quatrième situation de vie, le conducteur demande une accélération supérieure à celle que le moteur thermique 18 est capable de fournir sur le train avant 10 du véhicule. Par exemple, soit du fait d'une insuffisance liée à un problème de motricité, ou d'une puissance maximum atteinte par le moteur thermique 18, soit pour une puissance maximum disponible sur le train avant (puissance d'origine thermique). La chaîne de traction électrique 60 du véhicule est piloté de façon à fournir la puissance maximum disponible sur le train arrière 62 (puissance d'origine électrique). La figure 7 représente cette quatrième stratégie de pilotage du véhicule hybride permettant d'offrir un complément d'accélération par rapport à la capacité d'accélération disponible avec le train avant 10.

Dans cette quatrième configuration du fonctionnement du véhicule hybride, la machine électrique arrière 68 est configurée en moteur électrique alimenté par le moyen de stockage d'énergie électrique 80, la machine

électrique arrière 68 fournissant un couple adapté sur le train arrière 68 du véhicule en fonction de la demande du conducteur et de l'adhérence.

Les flèches f5, f6 sur la figure 7 montrent respectivement le sens de transfert du couple moteur maximum du GMP vers les roues du train avant 5 10 du véhicule et, de l'énergie stockée dans le moyen de stockage 80 pour alimenter la machine électrique arrière 68.

Dans une cinquième situation de vie, le conducteur demande une puissance de traction qui impose d'utiliser le moteur thermique 18, d'un point de vue de la consommation de carburant, ou parce que le niveau de o puissance électrique disponible est insuffisant.

La figure 8 représente cette cinquième stratégie de pilotage du véhicule hybride.

Le procédé selon l'invention, dans cette cinquième situation de vie, comporte au moins les phases suivantes : 5 - fourniture par le moteur thermique 18 de l'intégralité de la puissance demandée par le conducteur au véhicule. La machine électrique avant 56 fonctionne en générateur de courant rechargeant le moyen de stockage d'énergie électrique 80 par le réseau électrique 70 ;

- train arrière en attente de sollicitation : aucun couple, ni résistif ni 0 moteur, n'est appliqué au train arrière 62 par la machine électrique arrière 68.

Les flèches f7, f8 sur la figure 8 indiquent respectivement le sens de transfert du couple moteur du GMP vers les roues du train avant 10 du véhicule et, de l'énergie électrique fournie par la machine électrique avant 56 5 pour recharger le moyen de stockage 80.

Dans une sixième situation de vie, la puissance demandée par le conducteur est fournie par le moteur thermique 18 et par la machine électrique arrière 68. La contribution de la machine électrique arrière 68 permet de réduire la consommation de carburant et les émissions polluantes 0 du moteur thermique 18.

La figure 9 représente cette sixième stratégie de pilotage du véhicule pour délester le GMP avant.

Le procédé selon l'invention, dans cette sixième situation de vie, comporte au moins les phases suivantes :

- fourniture par le moteur thermique 18, sur le train avant 10, de la puissance demandée par le conducteur diminuée de la puissance disponible sur le train arrière 62 pour optimiser le point de fonctionnement moteur thermique 18. - fourniture d'une puissance d'origine électrique sur le train arrière 62 en complément de la puissance fournie par le moteur thermique 18 sur le train avant 10 pour fournir au véhicule la puissance demandée par le conducteur.

Les flèches f9, f10 sur la figure 9 montrent respectivement le sens de transfert du couple moteur du GMP vers les roues 14, 16 du train avant 10 du véhicule et, de l'énergie stockée dans le moyen de stockage 80 pour alimenter la machine électrique arrière 68.

Grâce aux stratégies de pilotage du procédé selon l'invention, associées aux différentes situations de vie décrites ci-dessus, le véhicule a une consommation optimisée (toutes les fonctions hybrides sont réalisées) et une motricité accrue (par dérivation de la puissance du GMP avant ou avec une puissance additionnelle sur le train arrière).

L'intérêt du véhicule hybride piloté par le procédé selon l'invention, réside notamment dans : - la facilité d'intégration de la chaîne de traction électrique au niveau du train arrière du véhicule : distance machine électrique/stockage d'énergie réduite ;

- la généralisation à tous les GMP associés à un véhicule : la chaîne de traction électrique n'étant pas dépendante du GMP. La machine électrique avant reste dimensionnée comme celle d'un véhicule équipé de la fonction Stop and Start ;

- les équipements électriques (machine électrique, batterie, ...) servent non seulement à apporter les prestations du véhicule hybride, notamment sur le gain en consommation de carburant, en confort en usage urbain, mais en plus, à apporter des prestations de motricité de type 4x4.