Procédé et système de commande d'un groupe motopropulseur à dérivation de puissance

La présente invention concerne les systèmes de propulsion hybride et plus particulièrement la gestion d'un moteur thermique dans un véhicule équipé d'une transmission à variation infinie électrique.

Les systèmes de propulsion hybride sont notamment soit de type série, soit de type parallèle. Dans les systèmes de type série, le moteur thermique est en prise directe avec les moteurs électriques, l' ensemble étant relié à un arbre de transmission commun en prise avec les roues motrices. Dans les systèmes de type parallèle, le moteur thermique assure l 'entraînement d'une partie des roues motrices tandis que les moteurs électriques assurent l' entraînement des autres roues motrices. Par exemple, dans le cas d'un véhicule à traction avant, le moteur thermique entraîne généralement le train de roues avant, et les moteurs électriques le train de roues arrières.

Dans la catégorie des systèmes de type série se situe le cas particulier des systèmes ne comprenant pas de système de découplage du moteur thermique avec les moteurs électriques et les roues. Une gestion particulière des différents organes moteurs doit être effectuée pour éviter à-coups et désagréments de conduite.

Les demandes de brevet FR2847015 , FR2847014 et FR2847321 décrivent des systèmes de transmission infiniment variable à dérivation de puissance à variateur électrique pouvant comprendre un ou deux trains composés. Les systèmes de transmission décrits comprennent deux voies de puissance sur lesquelles les éléments sont repartis. L 'une des deux voies comprend un étage de réduction et des moyens de commande permettant de réguler la répartition de la puissance entre les deux voies. Ces trois demandes de brevet décrivent des systèmes de transmission comprenant au moins un train composé permettant d' immobiliser au moins une des entrées du système de transmission. Aucune de ces deux demandes ne propose de système

permettant un démarrage du moteur thermique lorsque le véhicule roule et sans l'utilisation d'un démarreur.

La demande de brevet JP2000-238555 décrit un système hybride comprenant un moteur thermique et deux moteurs électriques. L'un des deux moteurs électriques est affecté en permanence à la propulsion du véhicule tandis que le second moteur est utilisé principalement pour le démarrage du moteur thermique. Cette demande de brevet décrit également un système de contrôle de l' état de fonctionnement d'un moteur thermique basé sur la détection de la température du moteur, de sa consommation de carburant, des vibrations et des émissions polluantes émises. Ce dispositif de détermination de l 'état de fonctionnement du moteur thermique est limité par l' influence des conditions environnementales sur les différents paramètres analysés ainsi que par les temps et coûts des calculs associés. Le mode de fonctionnement hybride utilise une chaîne cinématique basée sur un découplage entre le moteur thermique et la roue. L 'efficacité d'un tel système est potentiellement limitée.

Les systèmes de propulsion alternatifs sont reconnus comme étant particulièrement efficaces lorsqu' il s ' agit de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de polluants. Cependant, même lorsqu' ils sont utilisés dans un mode de fonctionnement majoritairement électrique, les systèmes de propulsion alternatifs, par exemple les groupes motopropulseurs hybrides, conservent le moteur à combustion interne en fonctionnement à basse vitesse de rotation. Pour atteindre un objectif de zéro émission polluante, notamment en fonctionnement urbain, il est intéressant de disposer d'un groupe motopropulseur hybride pouvant fonctionner en mode purement électrique, mais restant capable de réactiver ledit moteur thermique de façon imperceptible pour le conducteur. Si la mise en œuvre d'un tel mode de fonctionnement est plus aisée dans le cas d'une propulsion hybride de type parallèle, il en est tout autre dans le cas d'une propulsion hybride de type série.

En effet, l' absence de découplage du moteur thermique de la transmission dans un système équipé d'une transmission infiniment

variable interdit l' arrêt du moteur thermique. En effet, un arrêt impliquerait le blocage de la transmission et une suppression du couple transmis aux roues. Un système permettant de contourner cette limitation est nécessaire ainsi qu'un moyen d' amener le moteur thermique à une vitesse de rotation suffisant pour suppléer les moteurs électriques dans la propulsion du véhicule, de façon autonome.

La présente invention propose un procédé de gestion du moteur thermique dans un véhicule hydride à dérivation de puissance permettant un démarrage dudit moteur alors que seules les machines électriques participent à la propulsion du véhicule.

La présente invention propose également un procédé de gestion du démarrage d'un moteur thermique en plusieurs phases, basé sur la détection du fonctionnement du moteur thermique et améliorant l' agrément de conduite. Un procédé de commande d'un groupe motopropulseur hybride à dérivation de puissance pour un véhicule automobile muni d'au moins deux roues motrices, le groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, au moins deux machines électriques, et une transmission à variation infinie reliant mécaniquement le moteur thermique, les deux machines électriques et les roues motrices.

Au cours de l' application du procédé de commande, on amène de façon autonome et en plusieurs phases de fonctionnement, le moteur thermique initialement arrêté à une vitesse de rotation suffisante afin de pouvoir participer à la propulsion du véhicule, ledit véhicule étant en mouvement sous l' action des machines électriques.

En d' autres termes, le procédé de commande permet d' amener le moteur thermique d'une vitesse de rotation nulle à une vitesse de rotation compatible avec une mise en marche. L ' augmentation de la vitesse de rotation est réalisée par une prise partielle du couple fourni par les machines électriques. Jusqu' à l' allumage, le moteur thermique fournit un couple résistant. Le moteur thermique, après allumage, fournit un couple moteur. Les phases de fonctionnement permettent de tenir compte des différentes vitesses de rotation et des différents couples fournis par le moteur thermique. La mise en rotation du

moteur thermique étant assurée par la dérivation d'une partie du couple fourni par les machines électriques, on peut considérer que le démarrage du moteur thermique est réalisé de façon autonome, sans assistance extérieure au véhicule. On peut définir au moins trois phases de fonctionnement en comparant la vitesse de rotation du moteur thermique à au moins une première valeur et une deuxième valeur mémorisées.

Au cours d'une première phase de fonctionnement définie par une vitesse de rotation du moteur thermique inférieure à la première valeur mémorisée, on peut commander les deux machines électriques en boucle ouverte par rapport à la vitesse de rotation du moteur thermique afin que le moteur thermique atteigne une vitesse de rotation suffisante pour être détectée.

Au cours d'une deuxième phase de fonctionnement définie par une vitesse de rotation du moteur thermique comprise entre la première valeur mémorisée et la deuxième valeur mémorisée, on peut commander les deux machines électriques en boucle fermée par rapport à la vitesse de rotation du moteur thermique afin que le moteur thermique atteigne une vitesse de rotation suffisante pour permettre la mise en route dudit moteur thermique.

Au cours d'une troisième phase de fonctionnement définie par une vitesse de rotation du moteur thermique supérieure à la deuxième valeur mémorisée, on peut commander le moteur thermique et les deux machines électriques en boucle fermée par rapport à la vitesse de rotation du moteur thermique.

Un système de commande d'un groupe motopropulseur hybride à dérivation de puissance pour un véhicule automobile muni d'au moins deux roues motrices, le groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, au moins deux machines électriques, et une transmission à variation infinie reliant mécaniquement le moteur thermique, les deux machines électriques et les roues motrices, le véhicule étant par ailleurs équipé d'un moyen de commande électronique. Le moyen de commande électronique comprend

un moyen d' estimation de vitesse de rotation situé sur l' arbre de sortie du moteur thermique, un moyen de détermination indirecte émettant des valeurs de la vitesse de rotation du moteur thermique, du couple résistant à la roue et du couple résistant du moteur thermique en fonction des régimes de rotation des machines électriques et du moteur thermique, un moyen de détermination des consignes de couple du moteur thermique et des machines électriques, un moyen de détermination de la phase de fonctionnement en fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique, une boucle de rétroaction permettant de commander le moteur thermique, et un moyen de pilotage de la boucle de rétroaction permettant de désactiver ladite boucle de rétroaction en fonction de la phase de fonctionnement courante.

Dans un système de commande comprenant une interface entre le conducteur et le véhicule, le moyen de détermination des consignes de couple peut émettre les valeurs des consignes de couple des machines électriques et du moteur thermique en fonction des requêtes du conducteur provenant de l'interface entre le conducteur et le véhicule, du couple résistant du moteur thermique et du couple résistant à la roue.

Dans un système de commande comprenant une mémoire, le moyen de détermination de phase de fonctionnement peut recevoir le signal émis par le moyen d'estimation de la vitesse de rotation du moteur thermique et un signal provenant de la mémoire et émet en sortie une indication de la phase de fonctionnement courante.

Dans un système de commande comprenant un moyen de commande du moteur thermique, ledit moyen de commande peut émettre un signal déclenchant la mise en route du moteur thermique en fonction du signal reçu du moyen de détermination de phase.

D ' autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant

qu' exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

-la figure 1 illustre les principaux éléments d'un système de commande permettant de démarrer un moteur thermique en roulant ; et - la figure 2 illustre les principales étapes d'un procédé de commande permettant de démarrer un moteur thermique en roulant.

Sur la figure 1 , on peut voir les principaux organes d'un véhicule équipé d'une transmission à dérivation de puissance 5 , d'un groupe motopropulseur 21 et d'un système de commande 7. Le véhicule comprend un moteur thermique 1 , deux machines électriques

2a et 2b, des roues motrices 3 a et 3b, une batterie 4 et une transmission à variation infinie 5.

Le moteur thermique 1 est relié mécaniquement à la transmission à variation infinie 5 par la connexion 14 en vue d'une transmission de couple. La transmission à variation infinie 5 est reliée mécaniquement à une première machine électrique 2a par la liaison 15a, à une deuxième machine électrique 2b par la liaison 15b et aux roues 3a et 3b par une liaison mécanique 16 et un système de répartition de couple. Les machines électriques 2a et 2b sont reliées à la batterie 4 par les connexions électriques 13a et 13b respectivement.

Le moteur thermique 1 est équipé d'un moyen d' estimation 12 de la vitesse de rotation.

La transmission à variation infinie 5 assure la dérivation et la régulation de la puissance fournie par le moteur thermique 1. Les deux machines électriques 2a et 2b fonctionnent indépendamment l'une de l' autre et permettent soit de fournir un couple complémentaire à celui fourni par le moteur thermique 1 , soit de fournir un couple résistif se soustrayant à celui fourni par le moteur thermique 1 , la puissance soustraite étant transformée en énergie électrique de façon récupérative. On peut ainsi balayer une gamme continue de puissance motrice sans changer la puissance fournie par le moteur thermique 1.

Le moyen de commande 7 est relié au moteur thermique 1 par la connexion 8, à la machine électrique 2a par les connexions 9a et 42, à la machine électrique 2b par les connexions 9b et 42b et au moyen

d' estimation 12 de la vitesse de rotation par la connexion 18. Le moyen de commande 7 est également relié à une interface 19 entre le conducteur et le véhicule par la connexion 20 par laquelle le conducteur peut exprimer des requêtes de fonctionnement ou recevoir des informations.

Le moyen de commande 7 vérifie la vitesse de rotation du moteur thermique 1 et commande l' injection et l 'allumage dudit moteur thermique par l' intermédiaire de la connexion 8. Le moyen de commande 7 reçoit de l' interface 19 les requêtes du conducteur. Les éléments compris dans le moyen de commande 7 sont représentés sur la figure 2. Le moyen de commande 7 est relié à l' interface 19 avec le conducteur par la connexion 20. La connexion 20 se poursuit jusqu' au moyen de détermination 36 des consignes, lui- même relié par les connexions 37 et 38 au moyen 39 de détermination des consignes de couple. Le moyen 39 de détermination des consignes de couple est connecté par au moins une de ses entrées au moyen 44 de détermination de l' observateur par la connexion 45 et par la connexion 60 au moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction. Le moyen de détermination 39 des consignes de couple est connecté par la connexion 9a à la machine électrique 2a, par la connexion 9b à la machine électrique 2b et par la connexion 40 au moyen de commande 41 du moteur thermique.

Le moyen de détermination 44 de l' observateur est relié par ses entrées aux machines électriques 2a et 2b par la connexion 42 et la dérivation 42b, respectivement. Le moyen de détermination 44 est relié par la dérivation 43 de la connexion 18 au moyen d'estimation 12 de la vitesse de rotation du moteur thermique 1 et par au moins une de ses sorties au moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement par la connexion 46. Le moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement est relié par la connexion 18 au moyen d' estimation 12 de la vitesse de rotation du moteur thermique 1 , par au moins une de ses sorties au moyen de contrôle 41 du moteur thermique par la connexion 48, au moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction par la connexion 49

et à la mémoire 51 par la dérivation 50 de la connexion 49. Le moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement est relié par une de ses entrées à la mémoire 51 par l' intermédiaire de la connexion 61 .

La mémoire 51 est connectée par la connexion 52 au soustracteur 53 , lui-même connecté au calculateur 56 par la connexion

55. Le soustracteur 53 est connecté au moyen d' estimation 12 de la vitesse de rotation du moteur thermique 1 par la dérivation 54 de la connexion 18.

Le calculateur 56 est relié au moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction par la connexion 57. Le moyen de pilotage 58 est connecté par au moins une de ses entrée par la connexion 59 à la mémoire 51 et par la connexion 49 au moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement. Le moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction est relié par sa sortie au moyen 39 de détermination des consignes de couple par la connexion 60.

Le dispositif de commande a pour but d' élever progressivement la vitesse de rotation du moteur thermique sans en activer le fonctionnement. Pour cela, plusieurs phases sont définies et détectées et permettent d' amener le moteur thermique 1 à une vitesse de rotation souhaitée. La régulation du groupe motopropulseur au cours de ces phases est réalisée soit en boucle fermée, soit en boucle ouverte. La boucle de rétroaction comprend notamment le moyen de détermination 44 de l' observateur, le moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement, et le moyen de commande 41 du moteur thermique, et est commandée par le moyen de pilotage 58.

La mémoire 51 comprend notamment des valeurs Wice l , Wice2 et Wice3 bornant trois phases de fonctionnement. Ces valeurs sont communiquées au moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement par la connexion 61. Le moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement compare alors lesdites valeurs à la valeur observée de la vitesse de rotation Wice obs du moteur thermique issue du moyen de détermination de l' observateur 44 afin de déterminer la phase de fonctionnement courante.

Une première phase est réalisée en boucle ouverte, jusqu' à ce que la vitesse de rotation soit suffisante pour pouvoir mesurer la dite vitesse de rotation. La deuxième phase est réalisée en boucle fermée de façon à amener le moteur thermique à une vitesse de rotation suffisante pour en réaliser l' allumage de façon imperceptible pour le conducteur, c'est-à-dire sans à-coups ou sans perte de puissance motrice notable. L' allumage est réalisé au cours de la deuxième phase avant que la vitesse de rotation n' atteigne le régime de ralenti Wice2.

Lors de la troisième phase, le moteur thermique est amené à une vitesse de rotation suffisante pour qu' il puisse contribuer à la propulsion du véhicule. Ladite vitesse de rotation doit également permettre de limiter les risques de calage du moteur thermique.

En fonctionnement, le moyen de commande 7 reçoit par la connexion 20, les requêtes du conducteur. Ces requêtes sont transformées en consignes de fonctionnement par le moyen de détermination 36 des consignes. Une valeur de consigne de la puissance transitant par la batterie Pbat cons est émise par la connexion 37, une valeur de consigne du couple à la roue TO cons est émise par la connexion 38. Le moyen 44 de détermination de l' observateur reçoit par la connexion 42 les valeurs des vitesses de rotation We I et We2 des machines électriques 2a et 2b, respectivement. Le moyen 44 de détermination de l' observateur reçoit également la valeur de la vitesse de rotation Wice mes du moteur à combustion thermique 1 par la connexion 43. Le moyen 44 de détermination de l' observateur émet par ses sorties une valeur observée du couple résistant à la roue Tdwh obs et une valeur observée du couple résistant du moteur thermique Tdice obs par la connexion 45. Le moyen 44 de détermination de l' observateur émet également par au moins une de ses sorties la valeur observée de la vitesse de rotation du moteur thermique Wice obs à destination du moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement par la connexion 46. Par valeur observée, on entend une valeur qui est estimée indirectement par un moyen de calcul à partir d'une ou plusieurs autres valeurs mesurées.

Le moyen de détermination 47 de la phase de fonctionnement reçoit la valeur de la vitesse de rotation du moteur thermique Wice mes par la connexion 18 , ainsi que les valeurs déterminant la première, deuxième et troisième phase de fonctionnement, Wice l , Wice2 et Wice3 de la mémoire 51 . Le moyen de détermination 47 de la phase compare les valeurs Wice l Wice2 et Wice3 et les valeurs Wice_mes et Wice_obs.

Dans un premier temps, le moyen de détermination 47 estime la valeur à considérer parmi Wice obs et Wice mes. Si Wice_obs<Wice l , alors Wice = Wice obs

Si Wice_obs>Wice l , alors Wice = Wice_mes Dans un deuxième temps, le moyen de détermination 47 estime dans quelle phase le groupe motopropulseur se trouve. Pour cela, la valeur de Wice est comparée aux valeurs Wice l , Wice2 et Wice3. Si Wice l < Wice, alors la première phase est détectée.

Si Wice2 > Wice > Wice l , alors la deuxième phase est détectée.

Si Wice3 > Wice > Wice2, alors la troisième phase est détectée. En fonction de la phase détectée, un signal correspondant est émis par la connexion 49.

En parallèle, la dérivation 50 de la connexion 49 permet à la mémoire 51 de recevoir une indication de la phase actuelle afin d' émettre une valeur mémorisée de la vitesse de rotation du moteur thermique Wice mem correspondant à ladite phase. La mémoire 51 comprend plusieurs valeurs mémorisées de la vitesse de rotation du moteur thermique, correspondant aux différentes phases de fonctionnement dudit moteur thermique. La valeur Wice mem est émise par la connexion 52 à destination du soustracteur 53. Le soustracteur 53 reçoit par une autre de ses entrées, la valeur mesurée de la vitesse de rotation du moteur thermique Wice mes du moyen d' estimation 12 de la vitesse de rotation du moteur thermique 1. Le soustracteur 53 émet par la connexion 55 une valeur correspondante à la soustraction de la valeur courante de la valeur mémorisée.

Le calculateur 56 détermine la variable ui en appliquant l' équation suivante :

-lors de la phase 2 : ui = -K ₂ • (Wice_obs - Wice2) et K ₂ = une constante déterminée en laboratoire

-lors de la phase 3 : ui = -K ₃ • (Wice_obs - Wice3) et K ₃ = une constante déterminée en laboratoire

La variable ui est transmise par la connexion 57 vers le moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction. Le moyen de pilotage 58 reçoit de la mémoire 51 , une valeur de consigne ui cons de la variable ui. La connexion 49 permet au moyen de pilotage 58 de la boucle de rétroaction de recevoir une indication de la phase actuelle afin de lui permettre de choisir la valeur de la variable ui à transmettre au moyen 39 de détermination des consignes de couple.

Si l' indication de phase correspond à la première phase, la valeur de consigne ui cons de la variable ui est choisie. Si l 'indication de phase correspond à la deuxième phase ou à une phase suivante, la valeur de la variable ui provenant du calculateur 56 est choisie.

Le moyen 39 de détermination des consignes de couple estime les couples des machines électriques 2a et 2b, respectivement Te l et

Te2 ainsi que le coupe du moteur thermique Tice. Le calcul permettant d' obtenir les trois couples diffère selon la phase de fonctionnement du groupe motopropulseur.

Lors de la première phase,

[ ui cons = Tice obs - a • Tel - b • Te2 - c • Tdwh obs [TO cons = α • Tel + β • Te2 + γ • Tdice obs + Tdwh obs où a,b,c,α,β,γ sont des paramètres physiques connus et dépendant de la transmission.

Tdice obs est la valeur observée du couple moteur résistant

Lors de la deuxième phase,

fui = Tice obs - a • Tel - b • Te2 - c • Tdwh obs [TO cons = α • Tel + β • Te2 + γ • Tdice obs + Tdwh obs avec ui = -K ₂ • (Wice_obs - Wice2) et K ₂ = une constante déterminée en laboratoire

Lors de la troisième phase,

fui = a • Tel + b • Te2 + c • Tice + d • Tdwh_obs [TO cons = α • Tel + β • Te2 + γ • Tice + δ • Tdwh obs avec δ un autre paramètre physique connu et dépendant de la transmission ui = -K ₃ • (Wice_obs - Wice3) et

K ₃ = une constante déterminée en laboratoire

II est à noter que lors de la troisième phase, le moteur est actif et commandable. Le couple résistant Tdice obs est donc remplacé par le couple moteur Tice.

Le système d' équations ainsi défini comprend trois inconnues pour deux équations. Afin de déterminer la troisième inconnue, on pose un couple du moteur thermique arbitraire, par exemple

Tice = (max(Tice(Wice3))+min(Tice(Wice3)))/2

Les valeurs de couple Te l , Te2 et Tice ainsi décrites sont émises en direction des organes moteurs correspondant. Il est à noter que la valeur de couple du moteur thermique n' est pas émise directement vers le moteur thermique. Un moyen de commande 41 du moteur thermique reçoit la valeur du couple Tice ainsi qu'une indication de la phase de fonctionnement courante par la connexion 48. Ainsi, la valeur de couple Tice n' est transmise au moteur thermique que si le groupe motopropulseur se trouve dans la troisième phase de fonctionnement. Sinon, une consigne nulle est transmise.

Le système et le procédé de commande du groupe motopropulseur permettent de commander le moteur thermique d'un

groupe motopropulseur hybride afin de l' amener d'une vitesse de rotation nulle à une vitesse de rotation suffisante pour déclencher sa mise en route. D 'un régime de ralenti, le système de commande amène le moteur thermique à une vitesse de rotation suffisamment élevée pour pouvoir participer à la propulsion du véhicule.

Le système de commande utilise principalement une commande en boucle fermée de façon à ce que l' élévation de vitesse de rotation soit rapide mais progressive. Ainsi, la mise en marche du moteur thermique est imperceptible pour le conducteur.