L'invention concerne les véhicules hybrides ayant un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique et au moins deux machines motrices, et plus précisément le contrôle de l'utilisation des machines motrices en complément du moteur thermique au sein de tels véhicules hybrides.

On entend ici par « machine motrice » une machine non-thermique agencée de manière à fournir du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d'un moteur thermique. Il pourra par exemple s'agir d'une machine (ou moteur) électrique, d'une machine hydraulique, d'une machine pneumatique (ou à air comprimé), ou d'un volant d'inertie.

Les véhicules hybrides précités, et notamment ceux de type automobile, offrent généralement au moins trois modes de roulage différents. Dans un premier mode dit « thermique » seul le moteur thermique est utilisé pour déplacer le véhicule. Dans un deuxième mode dit « Zéro Emission Véhicule » (ou ZEV)) seule l'une au moins des machines motrices non- thermiques est utilisée pour déplacer le véhicule. Dans un troisième mode dit « hybride » au moins l'une des machines motrices est utilisée en complément du moteur thermique pour déplacer le véhicule. Ce troisième mode est généralement destiné à minimiser la consommation de carburant ou à augmenter la puissance (mode « boost ») ou encore à augmenter le nombre de roues motrices pour améliorer la tenue de route.

Lorsque le véhicule roule dans le troisième mode, la machine motrice qui est utilisée dépend généralement de l'objectif recherché (minimisation de la consommation de carburant ou augmentation de la puissance ou amélioration de la tenue de route ou agrément de conduite (selon le mode de couplage des machines motrices : crabot/embrayage par rapport à une prise directe sur le moteur thermique impliquant la rotation du moteur thermique même éteint, ce qui est générateur de perturbations acoustiques et vibratoires). Cela résulte d'une programmation décidée par le constructeur du véhicule suite à des études, essais et simulations. Or, ce mode de fonctionnement par programmation doit tenir compte des points de fonctionnement imposés par le conducteur (en vitesse et en charge) et s'adapter en conséquence pour être continuellement optimal.

L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation.

Elle propose notamment un procédé destiné à contrôler l'utilisation des couples produits par un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur du véhicule.

Ce procédé se caractérise par le fait qu'il comprend une étape dans laquelle :

- on détermine, lorsque le couple délivré en sortie de la boîte de vitesses et résultant d'un couple maximal produit par le moteur thermique est inférieur au couple requis à un instant donné, des rendements offerts par les machines motrices à cet instant donné, puis

- on utilise au moins une partie du couple produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés en complément du couple maximal produit par le moteur thermique, pour obtenir le couple requis.

En utilisant dans le mode hybride la machine motrice qui offre le meilleur des rendements, on optimise les performances du véhicule tout en maîtrisant sa consommation de carburant.

Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :

- on peut déterminer chaque rendement en fonction de caractéristiques techniques connues de la machine motrice considérée et d'une énergie que peut utiliser cette machine motrice à l'instant donné pour produire du couple ;

- lorsque la somme du couple maximal produit par le moteur thermique et d'un couple maximal produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés est inférieure au couple requis, on peut utiliser en complément une partie au moins du couple produit par la machine motrice qui n'offre pas le meilleur des rendements déterminés (à l'instant considéré) ;

- lorsque le rendement déterminé de la machine motrice utilisée en complément du moteur thermique devient inférieur au rendement déterminé d'une autre machine motrice, on peut utiliser une partie au moins du couple produit par cette autre machine motrice en remplacement de celui produit par la machine motrice jusqu'alors utilisée et en complément du couple maximal produit par le moteur thermique ;

- la volonté d'agir du conducteur peut être définie par un niveau d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur du véhicule et/ou un niveau d'enfoncement d'une pédale de frein du véhicule, ou encore par l'activation d'un système de régulation automatique ou d'asservissement de la vitesse du véhicule. Cette volonté d'agir du conducteur pourra être interprétée en couple-mètre sur l'arbre primaire de l'organe producteur de couple concerné ou en couple-mètre à la roue.

L'invention propose également un dispositif destiné à contrôler l'utilisation des couples produits par un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride, en fonction d'un couple requis fonction d'une volonté d'agir d'un conducteur du véhicule.

Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il est agencé, lorsque le couple délivré en sortie de la boîte de vitesses et résultant d'un couple maximal produit par le moteur thermique est inférieur au couple requis à un instant donné :

- pour déterminer des rendements offerts par les machines motrices à cet instant donné, puis

- pour ordonner l'utilisation d'au moins une partie du couple produit par la machine motrice offrant le meilleur des rendements déterminés en complément du couple maximal produit par le moteur thermique, pour obtenir le couple requis.

L'invention propose également un véhicule hybride, éventuellement de type automobile, et comprenant, d'une part, un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, couplé à une boîte de vitesses, et au moins deux machines motrices, et, d'autre part, un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant.

Par exemple, chaque machine motrice peut être choisie parmi (au moins) un moteur électrique, une machine hydraulique, une machine pneumatique et un volant d'inertie.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule hybride comprenant une chaîne de transmission et un calculateur de supervision équipé d'un dispositif de contrôle selon l'invention, et

- la figure 2 illustre schématiquement du haut vers le bas un premier exemple de diagramme d'évolution temporelle du couple requis (c1 ) au sein d'un véhicule hybride, un deuxième exemple de diagramme d'évolution temporelle de la vitesse (c2) du véhicule hybride, un troisième exemple de diagramme d'évolution temporelle de consigne de couple du moteur thermique (c3) et de consigne de couple additionnel (c4) au sein du véhicule hybride, un quatrième exemple de diagramme d'évolution temporelle des rendements (η) des première (c5) et seconde (c6) machines motrices du véhicule hybride, et un cinquième exemple de diagramme d'évolution temporelle des couples produits par les première (c7) et seconde (c8) machines motrices du véhicule hybride pour assurer le couple additionnel (c4).

L'invention a notamment pour but de proposer un procédé de contrôle, et le dispositif de contrôle DC associé, destinés à permettre le contrôle de l'utilisation des couples produits par un moteur thermique MT et au moins deux machines motrices MMj d'un groupe motopropulseur d'un véhicule hybride V.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule hybride V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule hybride. Elle concerne en effet tout type de véhicule hybride terrestre ou maritime (ou fluvial) ou encore aéronautique, comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique MT et au moins deux machines motrices MMj.

Il est rappelé que l'on entend ici par « machine motrice » une machine non-thermique agencée de manière à fournir du couple pour déplacer un véhicule, soit seule soit en complément d'un moteur thermique.

Par ailleurs, on entend ici par « moteur thermique » un moteur consommant du carburant ou des produits chimiques. Par conséquent, dans le domaine aéronautique il pourra notamment s'agir d'un réacteur, d'un turboréacteur ou d'un moteur chimique.

On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que les machines motrices MMj sont de type électrique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de machine motrice. Ainsi, elle concerne également et notamment les machines (ou moteurs) hydrauliques, les machines (ou moteurs) pneumatiques (ou à air comprimé), et les volants d'inertie. Par ailleurs, on notera que les machines motrices MMj peuvent être de types différents.

On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule hybride V comprenant une chaîne de transmission (à groupe motopropulseur), un calculateur de supervision CS propre à superviser (ou gérer) le fonctionnement de la chaîne de transmission, et un dispositif de contrôle DC selon l'invention.

Le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique MT, un arbre moteur AM, un embrayage EM, une boite de vitesses BV, un premier arbre de transmission AT1 , au moins deux machines motrices MMj (ici des moteurs électriques), un moyen de couplage/découplage MC pour l'une des machines motrices MMj, un second arbre de transmission AT2, et des premiers moyens de stockage d'énergie (ici électrique) MS1 .

On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple illustratif, que le groupe motopropulseur ne comprend que des première MM1 (j = 1 ) et seconde MM2 (j = 2) machines motrices (ici électriques) couplées à des premiers moyens de stockage d'énergie (électrique) MS1 de type basse tension (par exemple d'environ 220 V). Mais le groupe motopropulseur pourrait comprendre plus de deux machines motrices.

On notera que les première MM1 et seconde MM2 machines motrices sont préférentiellement couplées aux premiers moyens de stockage d'énergie MS1 via un onduleur ON de type DC/DC, comme illustré sur la figure 1 .

Par exemple, le premier arbre de transmission AT1 est chargé d'entraîner en rotation les roues du train avant TV du véhicule V (de préférence via un différentiel avant DV), tandis que le second arbre de transmission AT2 est chargé d'entraîner en rotation les roues du train arrière TR du véhicule V (de préférence via un différentiel arrière DR). Mais l'inverse est également possible.

Le moteur thermique MT comprend un vilebrequin (non représenté) qui est solidarisé fixement à l'arbre moteur AM afin d'entraîner ce dernier (AM) en rotation.

La boîte de vitesses BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou primaire) destiné à recevoir le premier couple produit par le moteur thermique MT via l'embrayage EM, et un arbre de sortie destiné à recevoir ce premier couple via l'arbre d'entrée AE afin de le communiquer au premier arbre de transmission AT1 auquel il est couplé et qui est (ici) couplé indirectement aux roues avant du véhicule V via le différentiel avant DV. Par exemple, l'embrayage EM comprend un volant moteur solidarisé fixement à l'arbre moteur AM et un disque d'embrayage solidarisé fixement à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses BV.

On notera que la boîte de vitesses BV peut être automatisée ou non. Par conséquent, il pourra par exemple s'agir d'une boîte automatique, d'une boîte de vitesses manuelle pilotée ou non, ou d'une boîte de vitesses à double embrayage (ou DCT).

Le moteur thermique MT peut produire un premier couple qui est compris entre un couple minimum et un couple maximum C3M ₃ et qui peut être déterminé par le dispositif de contrôle DC selon l'invention.

Le moyen de couplage/découplage MC est ici chargé de coupler/ découpler la première machine motrice MM1 au/du second arbre de transmission AT2, sur ordre du calculateur de supervision CS, afin de communiquer le deuxième couple c7 qu'il produit, grâce à l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , au second arbre de transmission AT2 qui est couplé indirectement aux roues (ici) arrière du véhicule V via le différentiel arrière DR. Ce moyen de couplage/découplage MC est par exemple un mécanisme à crabots ou bien un embrayage.

La seconde machine motrice MM2 est couplée au moteur thermique MT. Il s'agit, par exemple, d'un alterno-démarreur chargé de lancer le moteur thermique MT afin de lui permettre de démarrer, y compris en présence d'un système de contrôle d'arrêt et de redémarrage automatique (ou « stop and start »), et de produire un troisième couple c8 destiné à être transmis au premier arbre de transmission AT1 via l'embrayage EM et la boîte de vitesses BV. Cette production de troisième couple c8 se fait grâce à l'énergie qui est stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 .

On notera également que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1 , la chaîne de transmission comprend également un démarreur de secours DS chargé de lancer le moteur thermique MT afin de lui permettre de démarrer lorsque la seconde machine motrice MM2 est dans l'incapacité de le faire, par exemple du fait que les moyens de stockage d'énergie électrique MS1 ne disposent pas de suffisamment d'énergie électrique. Ce démarreur de secours DS, qui n'est pas obligatoire, est ici couplé à des seconds moyens de stockage MS2 de type très basse tension (par exemple 12 V ou 24 V), via un convertisseur CV de type DC/DC. Ce dernier (CV) peut être également couplé, comme illustré, à l'onduleur ON et aux premiers moyens de stockage d'énergie électrique MS1 . Par exemple, les seconds moyens de stockage MS2 sont agencés sous la forme d'une batterie.

Les fonctionnements du moteur thermique MT, des première MM1 et seconde MM2 machines motrices, et des moyens de couplage/découplage MC peuvent être contrôlés par le calculateur de supervision CS. Ce dernier (CS) est notamment capable de faire fonctionner le véhicule hybride V dans au moins trois modes de roulage différents. Dans un premier mode dit « thermique » seul le moteur thermique MT est utilisé pour déplacer le véhicule (hybride) V. Dans un deuxième mode dit « Zéro Emission Véhicule » (ou ZEV)) seule l'une au moins des machines motrices MMj est utilisée pour déplacer le véhicule V. Dans un troisième mode dit « hybride » au moins l'une des machines motrices MMj est utilisée en complément du moteur thermique MT pour déplacer le véhicule V.

Comme indiqué précédemment, l'invention propose de mettre en œuvre dans le véhicule V un procédé destiné à permettre le contrôle de l'utilisation des couples c3, c7 et c8 produits respectivement par le moteur thermique MT et au moins les première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule hybride V.

Un tel procédé peut être mis en œuvre par le dispositif de contrôle DC. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1 , le dispositif de contrôle DC fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n'est pas obligatoire. Ce dispositif (de contrôle) DC pourrait en effet être un équipement qui est couplé au calculateur de supervision CS, directement ou indirectement. Par conséquent, le dispositif de contrôle DC peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.

Le procédé de contrôle, selon l'invention, comprend une étape qui est initiée lorsque le couple qui est délivré en sortie de la boîte de vitesses BV, et qui résulte du couple maximal c3 _ma x produit par le moteur thermique MT, est inférieur au couple d qui est requis par le calculateur de supervision CS à un instant donné. En d'autres termes, cette étape démarre lorsque, d'une part, le véhicule V est dans son mode de roulage thermique, et, d'autre part, le premier couple produit par son moteur thermique MT est maximal (c3 _ma x) et n'est pas suffisant pour obtenir le couple requis d .

Ce couple requis d est déterminé par le calculateur de supervision CS en fonction au moins de la volonté d'agir du conducteur du véhicule V. Cette volonté d'agir est par exemple définie au moins par le niveau d'enfoncement de la pédale d'accélérateur du véhicule V et/ou le niveau d'enfoncement de la pédale de frein du véhicule V, ou encore par l'activation d'un système de régulation automatique ou d'asservissement de la vitesse du véhicule V. Cette volonté d'agir du conducteur pourra être interprétée en couple-mètre sur l'arbre primaire de l'organe producteur de couple concerné ou en couple-mètre à la roue. On notera que ce couple requis d peut être également déterminé en fonction d'au moins une autre information relative au véhicule V (et à son état), comme par exemple la vitesse en cours du véhicule V, l'inclinaison en cours du véhicule V (du fait de la pente de la voie de circulation sur laquelle il se déplace), ou une contrainte d'utilisation d'une machine motrice MMj (comme par exemple une température limite d'utilisation) et/ou du moteur thermique MT.

Dès que l'étape est initiée à un instant donné pour les raisons précitées, on (le dispositif (de contrôle) DC) commence par déterminer des rendements nj offerts par les machines motrices MMj à cet instant donné. Puis, on utilise au moins une partie du couple qui est produit par la machine motrice MMj offrant le meilleur des rendements déterminés nj, en complément du couple maximal c3 _max produit par le moteur thermique MT, pour obtenir le couple requis d . Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS. Le couple qui est produit par au moins une machine motrice MMj est un couple c4 dit additionnel, et tel que c4 = c1 - c3 _max .

On comprendra que lorsque l'étape est initiée le véhicule V passe de son mode de roulage thermique à son mode de roulage hybride dans lequel il utilise son moteur thermique MT et sa machine motrice MMj qui, à l'instant considéré, offre le meilleur des rendements nj. Cela permet d'optimiser les performances du véhicule V tout en maîtrisant sa consommation de carburant.

Par exemple, on peut déterminer chaque rendement nj en fonction de caractéristiques techniques connues de la machine motrice MMj considérée et de l'énergie que peut utiliser à l'instant donné cette machine motrice MMj pour produire du couple. Le rendement d'un moteur est représenté (par simulation ou essais) principalement par son point de fonctionnement dans le champ régime/couple. Ce rendement dépend de la caractéristique physique de l'organe producteur de couple considéré (la technologie employée et sa confection). Le rendement représente le niveau de performance de toute transformation d'énergie. Lors d'une transformation d'énergie ont lieu des échanges thermodynamiques irréversibles. Ces irréversibilités sont appelées « pertes ». Afin de caractériser le rendement d'un organe, dans le champ régime/couple, on pourra considérer comme critères les pertes par frottement, les pertes par effet joule (pertes thermiques), mais aussi la température du rotor et/ou du stator et le niveau de charge du stockeur dédié dans le cas d'une machine motrice de type électrique, ou la température du fluide ou du gaz, la pression du gaz et l'état du stockeur dédié dans le cas d'une machine motrice de type hydraulique ou pneumatique, ou la température de l'huile dans le cas d'une machine motrice de type volant d'inertie, ou encore les températures de l'air et de la chambre de combustion et le taux d'oxygène dans l'air dans le cas d'un moteur thermique.

On notera que lorsque la somme du couple maximal c3 _max produit par le moteur thermique MT et d'un couple maximal produit par la machine motrice MMj offrant le meilleur des rendements déterminés nj est inférieure au couple requis d , il est particulièrement avantageux d'utiliser en complément une partie au moins du couple qui est produit par la machine motrice MMj' (j'≠ j) qui n'offre pas le meilleur des rendements déterminés nj. Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS. En d'autres termes, si le moteur thermique MT et la machine motrice MMj ayant le meilleur rendement ne suffisent pas à produire ensemble le couple requis d , alors on utilise en complément au moins une autre machine motrice MMj' pour produire un couple complémentaire.

On notera également que lorsque le rendement déterminé nj, de la machine motrice MMj utilisée initialement en complément du moteur thermique MT, devient inférieur au rendement déterminé d'une autre machine motrice MMj' (j'≠ j), il est particulièrement avantageux d'utiliser une partie au moins du couple qui est produit par cette autre machine motrice MMj' en remplacement de celui qui est produit par la machine motrice MMj jusqu'alors utilisée et en complément du couple maximal c3 _max produit par le moteur thermique MT. Cette utilisation est ordonnée par le dispositif DC et contrôlée par le calculateur de supervision CS.

On a schématiquement illustré sur les cinq diagrammes de la figure 2 un exemple d'évolution temporelle de différents paramètres du véhicule V pendant une phase de roulage.

Le premier diagramme le plus en haut illustre une courbe d'évolution temporelle du couple requis d au sein du véhicule V. Le deuxième diagramme, placé juste après le premier diagramme, illustre une courbe d'évolution temporelle de la vitesse c2 du véhicule V, résultant du contrôle des couples du moteur thermique MT (c3) et des machines motrices MMj (c7 et c8) réalisés au moyen du dispositif DC. Le troisième diagramme, placé juste après le deuxième diagramme, illustre une courbe d'évolution temporelle de la consigne de couple c3 du moteur thermique MT et une courbe d'évolution temporelle de la consigne de couple additionnel c4 devant compléter c3 (c4 = d - c3 _max ) au sein du véhicule V. Le quatrième diagramme, placé juste après le troisième diagramme, illustre des courbes c5 et c6 d'évolution temporelle des rendements η1 et η 2 respectivement des première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule V. Le cinquième et dernier diagramme, placé juste après le quatrième diagramme, illustre des courbes d'évolution temporelle des couples c7 et c8 produits respectivement par les première MM1 et seconde MM2 machines motrices du véhicule V.

Entre les instants tO (inclus) et t1 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est suffisant pour obtenir le couple requis d qui est croissant. Le véhicule V est donc dans son mode de roulage thermique.

A l'instant t1 , le couple requis d continuant de croître, le couple c3 produit par le moteur thermique MT atteint sa valeur maximale c3 _ma x, et donc l'étape du procédé est initiée.

Entre les instants t1 (inclus) et t2 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est insuffisant pour obtenir le couple requis d , et donc on a besoin d'un couple additionnel (défini par une consigne de couple additionnel c4). Par exemple, entre t1 et t2, on détermine que la première machine motrice MM1 est celle qui offre le meilleur rendement η1 (voir la courbe c5 qui est temporairement au-dessus de la courbe c6). La consigne de couple additionnel c4 définit alors le couple c7 que doit produire la première machine motrice MM1 avec l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , pour compléter le couple maximal c3 _max produit par le moteur thermique MT et ainsi permettre l'obtention du couple requis d . Le véhicule V est alors désormais dans son mode de roulage hybride.

Entre les instants t2 (inclus) et t3 (exclus), le couple requis d redevient inférieur au couple maximal c3 _max produit par le moteur thermique MT. Par conséquent, la consigne de couple additionnel c4 est nulle et il n'y a plus besoin de demander à la première machine motrice MM1 de produire du couple (les valeurs des courbes c7 et c8 sont donc nulles). Le véhicule V est donc de nouveau dans son mode de roulage thermique.

Entre les instants t3 (inclus) et t4 (exclus), le couple c3 produit par le moteur thermique MT est de nouveau insuffisant pour obtenir le couple requis d , et donc on a de nouveau besoin d'un couple additionnel (défini par une consigne de couple additionnel c4). Par exemple, entre t3 et t4, on détermine que la seconde machine motrice MM2 est celle qui offre le meilleur rendement η2 (voir la courbe c6 qui est temporairement au-dessus de la courbe c5). La consigne de couple additionnel c4 définit alors le couple c8 que doit produire la seconde machine motrice MM2 avec l'énergie stockée dans les premiers moyens de stockage MS1 , pour compléter le couple maximal c3 _ma x produit par le moteur thermique MT et ainsi permettre l'obtention du couple requis d . Le véhicule V est alors de nouveau dans son mode de roulage hybride.

A l'instant t4, le couple requis d continuant de croître, le moteur thermique MT et la seconde machine motrice MM2 ne peuvent pas produire ensemble suffisamment de couple pour l'obtenir. Cela résulte ici du fait que le couple produit par la seconde machine motrice MM2 a atteint sa valeur maximale c8 _ma x- Le dispositif DC ordonne alors la production de couple additionnel par la première machine motrice MM1 . La consigne de couple additionnel c4 définit alors la somme des couples c7 et c8 produits respectivement par les première MM1 et seconde MM2 machines motrices. Le véhicule V est alors toujours dans son mode de roulage hybride.

L'invention offre plusieurs avantages parmi lesquels :

- elle permet de limiter la fonction de dérivation de puissance (recharge d'énergie par une machine motrice destinée à la fourniture de puissance par une autre machine motrice), ce qui permet d'éviter des pertes électriques inutiles,

- elle permet au véhicule hybride d'offrir des performances optimales en priorisant les dépenses d'énergies hybrides afin de maîtriser la consom mation de carburant, elle permet d'affiner le typage en performance du véhicule hybride entre chaque mode de roulage puisqu 'au moins une machine motrice peut être sollicitée en fonction du mode de roulage sélectionné.