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Title:
METHOD FOR FORMULATING THE SETPOINT TORQUE OF A HYBRID VEHICLE POWERPLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/096230
Kind Code:
A1
Abstract:
Method for formulating the setpoint torque for the actuators of a hybrid vehicle powerplant (GMP) from the extent to which the accelerator pedal is depressed, comprising on the one hand, a traction combustion engine (1) connected to the vehicle drivetrain (2) by a cut-off clutch (3) with slipping operation between an open position in which it transmits no thermal power, and a closed position in which it transmits all of the power of the combustion engine to the drivetrain and, on the other hand, a traction electric machine (4) directly transmitting all of its power to the drivetrain (2), characterized in that the depression of the accelerator pedal is interpreted as a demand for power dictating a torque setpoint dependent on the speed of an actuator in an engine frame of reference (Ref–A), or as a demand for force dependent on the speed of travel of the vehicle in a vehicle frame of reference (Ref–B).

Inventors:
LE ROY, Loïc (45 rue d'Estienne d'Orves, VERRIERES LE BUISSON, 91350, FR)
RUEL, Jean-Martin (8 rue des Héribettes, EPINAY-SUR-ORGE, 91360, FR)
Application Number:
FR2017/052740
Publication Date:
May 31, 2018
Filing Date:
October 05, 2017
Export Citation:
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Assignee:
RENAULT S.A.S (13-15 quai Alphonse Le Gallo, BOULOGNE-BILLANCOURT, 92100, FR)
International Classes:
B60W30/18; B60W20/00; B60W20/15; F02D11/10; B60K6/48
Foreign References:
DE10148342A12003-04-10
FR2777231A11999-10-15
Other References:
None
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé d'élaboration de la consigne de couple d'un groupe motopropulseur (GMP) à partir de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur d'un véhicule hybride comprenant d'une part un moteur thermique de traction (1) relié à la chaîne cinématique (2) du véhicule par un embrayage de coupure (3) à fonctionnement glissant entre une position d'ouverture où il ne transmet aucune puissance thermique, et une position de fermeture où il transmet l'intégralité de la puissance du moteur thermique à la chaîne cinématique, et d'autre part une machine électrique de traction (4) transmettant directement l'intégralité de sa puissance à la chaîne cinématique, caractérisé en ce que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur est interprété en demande de puissance imposant une consigne de couple en fonction du régime d'un actionneur dans un référentiel moteur (Ref-A) , ou en demande de force en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule, dans un référentiel du véhicule (Ref-B) .

2. Procédé d'élaboration selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régime du premier référentiel (Ref- A) est celui du moteur thermique.

3. Procédé d'élaboration de consigne de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier référentiel (Ref-A) est utilisé pour les basses vitesses, et lorsque la chaîne cinématique est ouverte, et le second référentiel (Ref-B) est utilisé pour les vitesses plus importantes, et lorsque la chaîne cinématique est fermée.

4. Procédé d' élaboration de consigne de couple selon la revendication 3, caractérisé en ce que le changement de référentiel est effectué seulement pour la fraction de puissance demandée par le conducteur, qui est fournie par un organe de traction connecté à la roue par un coupleur.

5. Procédé d'élaboration de consigne de couple selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier référentiel (Ref-A) est utilisé lorsque la position du levier du véhicule est au Neutre (point mort) ou au Parking.

6. Procédé d'élaboration de consigne de couple selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que durant la phase de décollage du véhicule à partir de l'arrêt, on utilise le premier référentiel (Réf-A) .

7. Procédé d'élaboration de consigne de couple selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on bascule du premier référentiel (Ref-A) sur le second référentiel (Ref-B) lorsque la vitesse du véhicule augmente, et que embrayage se ferme progressivement .

8. Procédé d'élaboration de consigne de couple selon la revendication 7, caractérisé en ce que la transition du premier au second référentiel s'effectue lorsque la vitesse de déplacement du véhicule est supérieure ou égale à une vitesse de référence (V-ref) .

9. Procédé d'élaboration d'une consigne de couple selon la revendication 8 la vitesse de référence (V-ref) est celle en dessous de laquelle, il n'est pas possible de fermer l'embrayage de coupure, sous peine de faire caler le moteur thermique .

10. Procédé d'élaboration d'une consigne de couple selon la revendication, caractérisé en ce que la vitesse de référence (V-ref) correspond à la jonction entre l'interprétation de la pédale d'accélérateur en demande de puissance (iso-puissance) , et en demande force (iso-force) .

Description:
PROCEDE D ' ELABORATION DE LA CONSIGNE DE COUPLE D ' UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VEHICULE HYBRIDE

La présente invention concerne le pilotage en couple d'un véhicule hybride, en fonction de la demande exprimée par le conducteur en enfonçant sa pédale d'accélérateur.

Plus précisément, elle a pour objet un procédé d'élaboration de la consigne de couple d'un groupe motopropulseur (GMP) à partir de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur d'un véhicule hybride, comprenant d'une part un moteur thermique de traction relié à la chaîne cinématique du véhicule par un embrayage de coupure à fonctionnement glissant entre une position d'ouverture où il ne transmet aucune puissance thermique, et une position de fermeture où il transmet l'intégralité de la puissance du moteur thermique à la chaîne cinématique, et d'autre part une machine électrique de traction transmettant directement l'intégralité de sa puissance à la chaîne cinématique du véhicule.

L'agrément de conduite est un facteur très important dans l'appréciation du véhicule par le conducteur. C'est pourquoi, l'un des objectifs principaux des systèmes de contrôles automobiles, est de rendre agréables, les réactions du groupe motopropulseur.

Dans le cas d'un véhicule hybride parallèle, on dispose (au moins) de deux actionneurs capables de fournir du couple à la roue. La demande d'accélération faite par le conducteur est donc satisfaite par la somme des couples fournis par la machine électrique et par le moteur thermique. Il est possible d'optimiser la consommation globale du GMP hybride, en répartissant la demande de couple du conducteur, de 100% électrique à 100% thermique.

L'une des autres prestations offertes par un véhicule hybride, est la possibilité de fournir plus de couple à la roue, qu'avec seulement un moteur thermique, en l'assistant avec la machine électrique. C'est ce que l'on appelle l'« overtorque » électrique. La multiplicité des architectures mécaniques d'un véhicule hybride, oblige les constructeurs automobiles à modifier leurs contrôleurs. Dans un véhicule équipé d'un moteur thermique, la volonté du conducteur est généralement traduite dans un référentiel régime / couple. Toutefois, lorsque la chaîne cinématique d'un véhicule hybride n'est pas fermée (embrayage de coupure du moteur thermique ouvert ou glissant), l'interprétation de l'enfoncement de la pédale en iso-puissance est impossible à traduire dans un référentiel Couple roue / Vitesse véhicule. Dans un véhicule hybride, il semble ainsi préférable que la volonté conducteur soit traduite directement au niveau du véhicule dans sa globalité, dans un référentiel (Force / Vitesse) .

Toutefois, lorsque la puissance mécanique à fournir est traduite en consigne de couple en fonction du régime d'un actionneur, le comportement du véhicule est indépendant du régime courant de cet actionneur, ou du rapport de boîte engagé, et le déplacement du véhicule est plus facile à maîtriser, notamment aux faibles vitesses.

La présente invention a pour but de bénéficier du comportement d'un véhicule conventionnel au neutre et en phase de décollage, tout en profitant des avantages d'une interprétation de la volonté conducteur dans un référentiel force / vitesse pour une application hybride.

Dans ce but, elle propose que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur soit interprété alternativement en demande de puissance dans premier référentiel (Ref-A) de couple en fonction du régime d'un actionneur, ou en demande de force, dans un second référentiel (Ref-B) de force en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le régime considéré est celui du moteur thermique.

Le premier référentiel est utilisé de préférence pour les basses vitesses, et lorsque la chaîne cinématique du véhicule est ouverte, et le second référentiel est utilisé pour des vitesses plus importantes, et lorsque la chaîne cinématique du véhicule est fermée.

Cette méthode d'élaboration assure notamment une gestion agréable, et répétable, des phases de décollages, de neutre, et de parking.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 illustre l'interprétation de la pédale en Couple/Régime (Ref-A) ,

la figure 2 illustre l'interprétation pédale en Force/Vitesse (Ref-B) ,

la figure 3 présente une architecture de principe, et

les figures 4A et 4B illustrent l'impact de la transition, selon la vitesse où elle est opérée.

Comme indiqué plus haut, la volonté du conducteur est généralement traduite dans un référentiel régime / couple (Référentiel A), appelé aussi « référentiel moteur ».

Dans un véhicule hybride, il est préférable que la volonté conducteur soit traduite directement au niveau du véhicule dans sa globalité, dans un référentiel Force / Vitesse (Ref-B), appelé aussi « référentiel du véhicule ». Dans ce référentiel, l'interprétation de la volonté du conducteur est indépendante du nombre et de l'emplacement des actionneurs de couple. Toutefois, lorsque la chaîne cinématique d'un véhicule hybride n'est pas fermée (embrayage de coupure du moteur thermique ouvert ou glissant) , l'interprétation de l'enfoncement de la pédale en isopuissance est impossible à traduire dans ce référentiel.

Comme indiqué plus haut, si la volonté du conducteur, est traduite en iso puissance, le contrôleur associe une puissance mécanique à fournir par le GMP, au niveau d'enfoncement de la pédale d'accélérateur. Dans le référentiel A, cette puissance est traduite en consigne de couple, en fonction du régime de 1 ' actionneur . De cette façon, le comportement du véhicule devient indépendant du régime courant de 1 ' actionneur, ou du rapport de boîte engagé, et la vitesse du véhicule devient plus facile à maîtriser.

Avec un fonctionnement en iso-puissance, lorsque le conducteur appuie sur l'accélérateur, il demande une certaine puissance mécanique au GMP. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, au neutre, ou embrayage glissant, on a, dans le cas du référentiel A (couple moteur, régime moteur) , une consigne de couple évoluant avec l'augmentation du régime moteur augmente : la figure 1 illustre à partir d^un exemple l'interprétation de la pédale dans le référentiel par un ensemble de courbes Couple / Régime pour différents niveaux d'enfoncement de la même pédale d'accélérateur. On peut en déduire une consigne de force à l' actionneur concerné (moteur thermique) , comme le produit du couple par le rapport de transmission sur le rayon de la roue.

Dans cet exemple, comme dans tout véhicule thermique traditionnel, le régime moteur est toujours supérieur à 0 lorsque le moteur est allumé. Le référentiel A permet toujours de déterminer la consigne de couple du moteur, car le rapport permettant de passer de la puissance au couple (Couple = Puissance / Régime), a toujours une valeur finie.

En revanche, dans le référentiel B (force roue, vitesse véhicule), il n'y a pas de solution finie à l'équation Force = Puissance / Vitesse, lorsque la vitesse du véhicule est nulle. La réponse à une demande de puissance non nulle à l'arrêt avec le référentiel B, reste théorique, puisqu'elle serait d'avoir un couple infini. C'est pourquoi, dans le référentiel B, il est mathématiquement impossible de construire une consigne de couple au moteur thermique, en interprétation à « iso-puissance », pour des faibles vitesses. Dans le référentiel B, l'interprétation de la volonté du conducteur peut se faire en iso-force à partir de l'arrêt. La figure 2 illustre, à partir d'un exemple, l'interprétation de la pédale en iso-force, et la puissance associée pour différents niveaux d'enfoncement de la pédale. Lorsque la vitesse véhicule est supérieure à V-Ref, la volonté conducteur peut avantageusement être interprété en isopuissance .

L'invention a pour objet un procédé d'élaboration de la consigne de couple d'un groupe motopropulseur (GMP) à partir de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur d'un véhicule hybride. Comme sur la figure 3, le véhicule concerné comprend d'une part un moteur thermique de traction 1 relié à la chaîne cinématique du véhicule par un embrayage de coupure à fonctionnement glissant entre une position d'ouverture où il ne transmet aucune puissance thermique, et une position de fermeture où il transmet l'intégralité de la puissance du moteur thermique à la chaîne cinématique, et d'autre part une machine électrique de traction 4 transmettant directement l'intégralité de sa puissance à la chaîne cinématique.

La gestion des basses vitesses étant plus simple en Ref-A qu'en Ref-B, l'invention se propose d'utiliser le Ref- A pour les basses vitesses, et lorsque la chaîne cinématique est ouverte, et le Ref-B pour les vitesses plus importantes, avec la chaîne cinématique fermée. Ce procédé prévoit en particulier que l'enfoncement de la pédale d'accélérateur soit interprété alternativement en demande de puissance dans premier référentiel (Ref-A) de couple en fonction du régime d'un actionneur, ou en demande de force, dans un second référentiel (Ref-B) de force en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule.

Dans l'exemple décrit, le régime considéré dans le référentiel A est celui du moteur thermique. Le premier référentiel est utilisé pour les basses vitesses, et lorsque l'embrayage de coupure est ouvert, et le second référentiel (Ref-B) est utilisé pour les vitesses plus importantes, et lorsque cet embrayage est fermé.

La transposition entre les deux référentiels est directe, lorsque le régime du moteur thermique est proportionnel à celui de la vitesse véhicule. C'est le cas lorsque la boite de vitesse n'est pas au neutre, et que l'embrayage est fermé. On a alors un rapport de démultiplication fixe entre l'organe de traction, et la roue du véhicule. Par contre, lors des phases de décollages (coupleur ouvert ou glissant), ou lorsque le moteur n'est pas relié à la roue (coupleur fermé et rapport neutre) , la transposition n'est plus directe. Il faut alors développer des stratégies particulières, pour passer de l'un à l'autre.

Pour opérer le changement de référentiel, l'invention se base sur le principe de conservation de la puissance mécanique, des pièces induisant la rupture de couple, ici l'embrayage. Le schéma de principe de la figure 3 présente un (GMP) de véhicule hybride. Ce GMP comprend d'une part un moteur thermique de traction 1 relié à la chaîne cinématique du véhicule 2 par un embrayage de coupure à fonctionnement glissant 3 entre une position d'ouverture où il ne transmet aucune puissance thermique, et une position de fermeture où il transmet l'intégralité de la puissance du moteur thermique à la chaîne cinématique, et d'autre part une machine électrique de traction 4 transmettant directement l'intégralité de sa puissance à la chaîne cinématique 2.

En négligeant les pertes par frottements, et en supposant un rendement parfaitement égal à 1, le principe de la conservation de puissance en mode thermique entre le moteur (P Mth) et les roues (P roues), s'exprime de la façon suivante, en passant par l'énergie W Mth et W roue :

P_roue = C_roue*W_roue = C_Mth*W_Mth = P_Mth

Les GMP hybrides, comme celui de la figure 3, disposent d' au moins deux actionneurs (moteur thermique et machine électrique) capables de produire du couple à la roue. Une loi de gestion de l'énergie, détermine la répartition optimale en consommation, entre les deux actionneurs. Son objectif est de réduire la consommation, en respectant la demande de couple à la roue, faite par le conducteur.

Comme évoqué plus haut, les référentiels A (couple moteur, régime moteur) et B (force roue, vitesse véhicule) sont identiques, tant que l'organe de traction est directement relié à la roue. En fonction de l'architecture du véhicule hybride, il se peut que ce soit toujours le cas, et c'est régulièrement le cas pour la machine électrique. Il n'y a alors pas besoin de transiter du Ref-A vers B, le B étant suffisant. Par conséquent, on doit effectuer un changement de référentiel pour la fraction de puissance demandée par le conducteur, qui est fournie par un organe de traction connecté à la roue par un coupleur. Conformément à l'invention, le changement de référentiel est effectué seulement pour la fraction de puissance demandée par le conducteur, qui est fournie par un organe de traction connecté à la roue par un coupleur, tel que l'embrayage de coupure 3 de la figure 3.

Par exemple, dans le cas où la loi de gestion de l'énergie, préconise une répartition entre le moteur thermique et la machine électrique, on a :

P_Ref = P_driver - P_ME

Où P Ref représente la part de la puissance total, passant par l'embrayage. C'est donc, la puissance à traiter par le changement de référentiel.

Un autre aspect de la méthode proposée, est de gérer la transition entre les deux référentiels. Il s'agit ce stade, de déterminer le meilleur moment pour basculer d'un référentiel à l'autre. Pour cela, l'invention distingue deux phases .

a) phase Neutre ou Parking

Lorsque la position du levier du véhicule est le Neutre (point mort) ou Parking, le conducteur n'a pas la volonté de faire avancer le véhicule. La seule fonction à gérer, est l'évolution du régime moteur en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur lors d'accélérations à vide. Par référence au fonctionnement d'un véhicule traditionnel, il est souhaitable que, dans le cas du véhicule hybride, la réponse à une même sollicitation, se traduise par une réaction similaire. C'est pourquoi, l'invention fait le choix du référentiel A dans ces situations. b) phase de décollage

Durant la phase de décollage, lorsque le véhicule est à l'arrêt, on commence avec le Réf-A. Puis la vitesse du véhicule augmente, et l'embrayage se ferme progressivement. Il faut changer de référentiel durant cette phase : on bascule du premier référentiel (Ref-A) sur le second référentiel (Ref- B) lorsque la vitesse du véhicule augmente, et que l'embrayage se ferme progressivement.

Pour assurer une parfaite continuité de la puissance délivrée par le groupe moto propulseur, cette transition se fait, donc de préférence lorsque la vitesse véhicule est supérieure ou égale une vitesse de référence V-ref.

La vitesse de référence V-ref est de préférence en dessous de laquelle, il n'est pas possible de fermer l'embrayage de coupure, sous peine de faire caler le moteur thermique. Elle correspond à la jonction entre l'interprétation de la pédale d'accélérateur en demande de puissance (iso-puissance) , et en demande force (iso-force) . Si la transition se fait avant la d'atteindre la vitesse de référence, on a une discontinuité de puissance à la roue.

En résumé, le premier référentiel (Ref-A) est utilisé lorsque la position du levier du véhicule est au Neutre (point mort) ou au Parking, de même que durant la phase de décollage du véhicule à partir de l'arrêt, on utilise le premier : on bascule alors du premier référentiel (Ref-A) sur le second référentiel (Ref-B) lorsque la vitesse du véhicule augmente, et que l'embrayage se ferme progressivement.

Les figures 4A et 4B illustrent un exemple de transition de référentiel avec une vitesse de référence V-Ref = 20 km/h. Le début du décollage se fait dans le Ref-A, qui est capable de fonctionner en iso-puissance, quelle que soit la vitesse du véhicule. La demande du conducteur P-Driver = 50kW est respectée : P-Véhicule = P-Driver.

La vitesse du véhicule V-Vh augmente jusqu'à 10km/h. sur la figure 4A, on débute alors la transition vers le Ref- B. A cette vitesse, le Ref-B n'est pas encore dans la zone d' iso-puissance, mais dans la zone d' iso-force. Pour un enfoncement donné de la pédale par le conducteur, on aura donc Véhicule = Force x V-vh = P-Driver / (V-Ref / V-vh) = 25kW, car P-Driver = Force x V-Ref est la demande de puissance exprimée par le conducteur. La puissance appliquée au niveau du véhicule, augmente ensuite, jusqu'à rejoindre la P-Driver à V-Ref. Si la transition s'effectue à V-Ref, cette discontinuité disparait, comme indiqué sur la figure 4B.

Conformément à l'invention, la vitesse de référence V- Ref retenue pour chaque véhicule dépend des caractéristiques du véhicule. Elle peut être modulée par calibration, afin d'être la plus petite possible. La vitesse la plus faible pour V-ref, est celle en dessous de laquelle, il n'est pas possible de fermer l'embrayage, sous peine de faire caler le moteur thermique. V-Ref dépend de la façon dont est cartographié le Ref-B. Elle correspond à la vitesse de jonction entre l'interprétation iso-force de la pédale, et son interprétation iso-puissance .