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FR3161642A1 - Procédé de commande pour un groupe motopropulseur hybride électrique - Google Patents

Procédé de commande pour un groupe motopropulseur hybride électrique

Info

Publication number
FR3161642A1
FR3161642A1 FR2404376A FR2404376A FR3161642A1 FR 3161642 A1 FR3161642 A1 FR 3161642A1 FR 2404376 A FR2404376 A FR 2404376A FR 2404376 A FR2404376 A FR 2404376A FR 3161642 A1 FR3161642 A1 FR 3161642A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
primary shaft
electric machine
max
torque
pchg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2404376A
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Berthier
Ludovic Merienne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ampere SAS filed Critical Ampere SAS
Priority to FR2404376A priority Critical patent/FR3161642A1/fr
Priority to PCT/EP2025/061000 priority patent/WO2025224137A1/fr
Publication of FR3161642A1 publication Critical patent/FR3161642A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
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Abstract

Procédé de commande pour gérer un engagement de crabot, dans un groupe motopropulseur (1) de véhicule comprenant un moteur à combustion interne (2), des machines électriques principale (3) et secondaire (4), et une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire (5) relié au moteur, un deuxième arbre primaire (6) relié à la machine électrique principale, le procédé comprenant : lorsque le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le premier arbre primaire, respectivement le deuxième arbre primaire, avec l’arbre secondaire, alors on applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique secondaire, respectivement au moyen de la machine électrique principale, le couple de convergence à appliquer étant déterminé en subordination d'une acceptance de recharge et de décharge de la batterie calculées en fonction de caractéristique(s) propre(s) de la batterie et de la puissance prélevée ou restituée par les machines électriques. Figure de l’abrégé : Fig. 2

Description

Procédé de commande pour un groupe motopropulseur hybride électrique
La présente invention se rapporte à un procédé de commande pour un groupe motopropulseur hybride électrique.
L'invention concerne généralement le contrôle des transmissions automatiques de groupe motopropulseur (GMP) de véhicule hybride, comportant une boîte de vitesses qui regroupe le couple de plusieurs actionneurs de couple (moteur thermique et machines électriques) en direction des roues du véhicule, sur différents rapports de transmission, par l'intermédiaire d'un différentiel. L'invention concerne de préférence le contrôle d'une transmission de groupe motopropulseur hybride électrique non rechargeable, également connu sous la dénomination anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle » ou sous l'acronyme correspondant « HEV », mais peut aussi s'appliquer à une transmission de groupe motopropulseur hybride rechargeable également connu sous la dénomination anglo-saxonne « Plug-in Hybrid Electric Vehicle » ou sous l'acronyme correspondant « PHEV ».
Dans le présent document on appelle « batterie de stockage », ou même simplement « batterie » tout court, une batterie de stockage d'énergie électrique capable d'emmagasiner une quantité d'énergie au moins égale à 1 kWh. En pratique, la capacité de stockage d'énergie électrique est comprise entre 1 kWh et 3 kWh de préférence comprise entre 1,6 kWh et 2 kWh.
Cette batterie de stockage, d'intérêt particulier ici, est différente et distincte de la batterie du réseau de bord conventionnel appelée dans le présent document batterie 12V. A l'inverse, la tension aux bornes de la batterie de stockage est d’au moins 100 volts voire plus, par exemple 400 volts.
En pratique, on cherche à maximiser le roulage en mode zéro émission dans les zones urbaines denses.
La configuration d'intérêt particulier ici concerne un groupe motopropulseur de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (trois ou quatre cylindres par exemple), une machine électrique principale capable de tracter le véhicule, une machine électrique secondaire, et une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire connecté mécaniquement avec le moteur à combustion interne et avec la machine électrique secondaire, un deuxième arbre primaire connecté mécaniquement avec la machine électrique principale, et un arbre secondaire formant sortie vers le différentiel et les roues.
Le système est dépourvu d'embrayage et dépourvu de manchons synchroniseurs que l'on connaît dans des boîtes de vitesse conventionnelles. Les différents engagements mécaniques et changements de rapport sont réalisés au moyen de crabots aussi appelés clabots.
On note que la configuration peut inclure en outre un arbre supplémentaire appelé arbre de transfert dont les fonctions seront vues plus loin.
Cette configuration permet de fonctionner en mode zéro émission selon deux rapports de transmission distincts à partir de la machine électrique principale. Cette configuration permet aussi de fonctionner en mode thermique selon au moins deux rapports de transmission distincts à partir du moteur à combustion interne.
En complément, il y a bien entendu des modes de fonctionnement hybrides, ce qui donne un total d'au moins une douzaine de combinaisons possibles, incluant notamment un mode hybride série et des modes hybrides parallèles.
Cette configuration correspond généralement à la configuration dénommée « E-tech full hybrid » du constructeur automobile Renault.
Un exemple de cette configuration est connu du document FR3072056.
Le moteur à combustion interne, la machine électrique principale et la machine électrique secondaire sont pilotés par un calculateur appelé calculateur superviseur.
Le calculateur superviseur gère les séquences de changement de rapport.
En l'absence de manchon synchroniseur, l'engagement d'un crabot doit se faire à vitesse de rotation relative nul ou très faible. En conséquence, on utilise la machine électrique secondaire pour faire converger la vitesse de rotation du premier arbre primaire (ou respectivement du deuxième arbre primaire) vers un régime de rotation cible propice à l'engagement du crabot à engager.
Pour faire ceci, la machine électrique secondaire prélève de l'énergie électrique sur la batterie de stockage ou à l'inverse renvoie de l'énergie électrique vers la batterie de stockage.
Dans un autre cas de figure, c'est la machine électrique principale qui est sollicitée pour faire converger le régime du deuxième arbre primaire vers un régime propice à l'engagement d'un crabot.
Les inventeurs ont cherché à optimiser le temps de convergence du régime de rotation tout en respectant les capacités l'acceptance de recharge (ou respectivement de décharge) de la batterie de stockage.
A cet effet, il est proposé un procédé de commande pour gérer un engagement de crabot concernant un rapport de transmission cible à engager, dans un groupe motopropulseur (1) de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (2), une machine électrique principale (3) connectée électriquement avec une batterie de stockage (9), une machine électrique secondaire (4) connectée électriquement avec ladite batterie de stockage, et au moins une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire (5) connecté mécaniquement avec le moteur à combustion interne et avec la machine électrique secondaire, un deuxième arbre primaire (6) connecté mécaniquement avec la machine électrique principale, et un arbre secondaire (7), le procédé prévoyant que :
K1- lorsque le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le premier arbre primaire avec l’arbre secondaire, alors on applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique secondaire sur le premier arbre primaire de manière à atteindre un régime de rotation cible sur le premier arbre primaire propice à un engagement synchronisé du crabot,
K2- lorsque le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le deuxième arbre primaire avec l’arbre secondaire, alors on applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique principale sur le deuxième arbre primaire de manière à atteindre un régime de rotation cible sur le deuxième arbre primaire propice à un engagement synchronisé du crabot.
Le procédé estcaractérisé en ce quele couple de convergence à appliquer par l’une des machines électriques principale ou secondaire est déterminé en temps réel en subordination d'une acceptance de recharge et d'une acceptance de décharge de la batterie de stockage, l’acceptance de recharge et l’acceptance de décharge de la batterie de stockage étant calculées en fonction de caractéristique(s) propre(s) de la batterieetde la puissance prélevée ou restituée par l’autre des machines électriques principale ou secondaire.
Le couple de convergence est destiné à faire converger le régime de rotation de l’arbre concerné vers le régime adéquat pour l’engagement du crabot/clabot.
Il faut prendre le terme ‘acceptance de charge ou de recharge comme une acceptance ‘généralisée’ ; en effet, l’acceptance inclut, outre l’acceptance propre de la batterie, l’acceptance procurée par le courant délivré ou prélevé par l’autre machine électrique.
Grâce à ces dispositions, il est possible d’échanger le maximum de puissance avec la batterie, tout en respectant ses caractéristiques et préservant sa durée de vie, avec en même temps une minimisation du temps nécessaire pour faire converger le régime de rotation de l’arbre concerné vers le régime adéquat.
Avantageusement, le principe promu par la présente invention permet d'optimiser au maximum l'utilisation de la batterie sans l’endommanger. Selon un autre point de vue, la présente invention permet de dimensionner au plus juste la capacité installée de la batterie de stockage, pour une fonctionnalité de changements de rapport donné.
L’acceptance propre de charge ou de recharge de la batterie dépend notamment de l’état de charge et de la température interne de la batterie.
Comme il sera vu plus loin, le couple de convergence peut être un couple de convergence en frein ou un couple de convergence en moteur.
Dans le cas K1, le couple de convergence, frein ou moteur, est appliqué au moyen de la machine électrique secondaire. Dans le cas K2, le couple de convergence, frein ou moteur, est appliqué au moyen de la machine électrique principale.
On remarque en outre que la puissance cumulée des deux machines électriques, principale et auxiliaire, est très supérieure à la puissance instantanée qui peut être délivrée par la batterie ou réinjectée dans la batterie, ce qui souligne la pertinence de la présente invention.
Selon une réalisation, le couple de convergence en frein peut être limité par une acceptance de recharge de la batterie de stockage notamment si l’engagement de crabot se produit dans une phase de passage montant de rapport de transmission, alors que le couple de convergence en moteur peut être limité par une acceptance de décharge de la batterie de stockage si l’engagement de crabot se produit notamment dans une phase de rétrogradage sous accélération de véhicule.
On remarque que la limitation discutée ci-dessus correspond à des circonstances de fonctionnement particulières. Dans d'autres circonstances de fonctionnement, la limitation n'intervient pas et on utilise le couple de la machine principale ou auxiliaire au maximum possible pour faire converger le régime de l'arbre primaire (premier ou deuxième) le plus vite possible vers le régime cible de crabotage.
Selon une réalisation, pour le cas K1, le couple de convergence maximum appliqué par la machine électrique secondaire (4) en frein CmaxHSG-F ou en moteur CmaxHSG-M est défini comme suit :
CmaxHSG-F = (Pchg_max + Pme) / wHSG, où
- wHSG est le régime du HSG,
- Pchg_max est la puissance maximum accepté en recharge,
- Pme est la puissance consommée par la machine électrique principale, et
CmaxHSG-M = (Pdechg_max - Pme) / wHSG, où
- Pdechg_max est la puissance maximum accepté en décharge.
On remarque que Pme est positif lorsque la machine électrique principale consomme du courant, et que Pme est négatif lorsque la machine électrique principale fonctionne en génératrice et délivre du courant (i.e. renvoie du courant vers la batterie).
On relève que le terme ‘+Pme’ augmente l'acceptance en recharge lorsque Pme est positif, c'est-à-dire lorsque la machine électrique principale prélève de l'énergie sur la batterie.
On relève que le terme ‘-Pme’ augmente l'acceptance en décharge lorsque Pme est négatif, c'est-à-dire lorsque la machine électrique principale renvoie de l'énergie vers la batterie.
Selon une réalisation, le couple total de freinage Cmax_frein ou de moteur Cmax_mot sur le premier arbre primaire s’écrit comme suit :
Cmax_frein = Cice-F + CmaxHSG-F,
Cmax_mot = Cice-M + CmaxHSG-M,
où Cice-F est le couple de frein délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire,
et Cice-M est le couple moteur délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire.
En pratique, les effets du moteur à combustion interne et de la machine électrique secondaire s'ajoutent.
Selon une réalisation, un nouvel écart de consigne de régime temps réel est calculé et s’exprime comme suit :
w_diff-F = Cmax_frein/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple de frein est délivré,
w_diff-M = Cmax_mot/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple moteur est délivré, où Jice_hsg est le moment d'inertie en rotation, et Te la période de récurrence du calcul,
avec w_diff-F étant une valeur de diminution et w_diff-M étant une valeur d’augmentation (par rapport à la consigne antérieure), et Jice_hsg est le moment d'inertie en rotation des pièces tournantes liées au premier arbre primaire, et Te la période de récurrence du calcul.
Selon une réalisation, le nouvel écart de consigne de régime temps réel est calculé itérativement avec une fréquence d’itération d’au moins 50 Hz.
On reprend ainsi la décision très régulièrement. De préférence, la fréquence d'itération peut être de100 Hz.
Selon une réalisation, pour le cas K2, le couple de convergence maximum appliqué par la machine électrique principale en frein CmaxME-F ou en moteur CmaxME-M est défini comme suit :
CmaxME-F = (Pchg_max + Phsg) / wME, où
- wME est le régime de la machine électrique principale,
- Pchg_max est la puissance maximum acceptée en recharge
- Phsg est la puissance consommée par la machine électrique secondaire (4),
et
CmaxME-M = (Pdechg_max - Phsg) / wME, où
- Pdechg_max est la puissance maximum acceptée en décharge.
Selon une réalisation, il est prévu en outre de mesurer la puissance entrante Pchg_bat et la puissance sortante de la batterie Pdechg_bat, et on définit :
Pchg_marge = Pchg_bat - Pchg_max
Pdechg_marge = Pdechg_bat - Pdechg_max
et on garde en mémoire la valeur maximale de Pchg_marge1 et respectivement de Pdechg_marge1, collectée lors de la synchronisation régime, et on applique :
CmaxHSG_F = (Pchg_max + Pme - K*Pchg_marge1) / wHSG,
CmaxHSG_M = (Pdechg_max – Pme - K*Pdechg_marge1) / wHSG.
K étant un coefficient de sécurité.
La présente invention vise aussi un véhicule électrique ou hybride, comprenant un groupe motopropulseur électrique de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une machine électrique principale connectée électriquement avec une batterie de stockage, une machine électrique secondaire connectée électriquement avec ladite batterie de stockage, et au moins une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire connecté mécaniquement avec le moteur à combustion interne et avec la machine électrique secondaire, un deuxième arbre primaire connecté mécaniquement avec la machine électrique principale, un arbre secondaire, et au moins une unité de commande, ladite unité de commande étant configurée pour mettre en œuvre un procédé de commande tel que décrite précédemment.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
  • FIG. 1illustre schématiquement un exemple d’architecture de groupe motopropulseur dans lequel la présente invention peut être mis en œuvre ;
  • FIG. 2montre un chronogramme qui illustre un premier exemple de séquence de passage de rapport ;
  • FIG. 3montre un chronogramme qui illustre un deuxième exemple de séquence de passage de rapport ;
  • FIG. 4montre un chronogramme qui illustre un troisième exemple de séquence de passage de rapport ;
  • FIG. 5montre un chronogramme qui illustre un quatrième exemple de séquence de passage de rapport ;
  • FIG. 6représente un schéma-bloc fonctionnel du calcul.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Il faut noter qu'en particulier les intervalles de temps ne sont pas représentés à l'échelle.
LaFIG. 1est un schéma fonctionnel de groupe motopropulseur (GMP) hybride 1, à trois arbres et deux machines électriques, utilisant trois systèmes de couplage à crabots, dont le fonctionnement sera détaillé dans les paragraphes suivants. Le groupe motopropulseur1comporte trois actionneurs, en l'espèce un moteur à combustion interne2(ICE), une machine électrique principale3(ME) et une machine électrique secondaire4(HSG). Le groupe motopropulseur1comprend une batterie de stockage d'énergie électrique notée9.
Le groupe motopropulseur1comprend un arbre primaire plein5relié au moteur2, un deuxième arbre primaire6(dit aussi arbre primaire creux) relié à la machine électrique principale3, un arbre secondaire7, et un arbre de renvoi8relié à la machine électrique secondaire4. Les rapports sont enclenchés par trois coupleurs à crabotsC1,C2,C3, dépourvus de synchroniseurs mécaniques. On relève donc que la boîte de vitesses à crabots pilotés présentée ici est dépourvue de manchon synchroniseur et dépourvue d’embrayage.
La boîte comprend six pignons fousP1,P2,P3,P4,P5etP6. Le pignon51est solidaire en rotation du premier arbre primaire5. Le pignon81est solidaire en rotation du de l'arbre de renvoi8. Les pignons61,62sont solidaires en rotation du deuxième arbre primaire6. Les pignons71,72,73sont solidaires en rotation de l'arbre secondaire7. Les pignons41,42forment une cascade d'engagement entre la machine électrique secondaire4et l'arbre de renvoi8.
On note que le premier arbre primaire5et l'arbre de renvoi8sont en permanence engagés ensemble via les pignons51et81. Le premier arbre primaire5et le deuxième arbre primaire6sont coaxiaux. Le premier arbre primaire5traverse l'intégralité du deuxième arbre primaire6.
Pour des raisons de clarté de l'exposé, les roulements et paliers qui supportent les arbres ne sont pas représentés aux figures.
La boîte de vitesses fait transiter le couple du moteur2, le couple de la machine électrique principale3, et le couple de la machine électrique secondaire4par l'arbre secondaire7, en direction des roues du véhiculeRG,RDau travers d’un différentiel.
Les changements de rapport sont réalisés via le contrôle des trois coupleurs à crabotsC1,C2,C3, disposés respectivement sur l'arbre primaire plein5, sur l'arbre secondaire7et sur l'arbre de transfert8. Chaque coupleur à crabot possède une position neutre et deux positions engagées de part et d'autre de la position neutre. Sur laFIG. 1, une seule fourchette de commande est représentée, elle est repérée92et active le troisième coupleur.
Le premier coupleur, dit coupleur primaireC1, placé sur l'arbre primaire plein 5, permet d'enclencher un rapport de transmission thermique dit ICE2 à gauche (positionC1A, cf.FIG. 1), ou d'enclencher un rapport de transmission thermique dit ICE4 à droite (positionC1B),
Le deuxième coupleur, dit coupleur secondaireC2, placé sur l'arbre secondaire, permet d'enclencher un premier rapport électrique dit EV1 (positionC2A(à gauche) ou permet d'enclencher un deuxième rapport électrique EV2 (positionC2B, à droite).
Le troisième coupleur, dit coupleur de transfertC3, est placé sur l'arbre de renvoi8. La position à droite notéeC3Bpermet de transférer le couple du moteur2et de la machine électrique secondaire4en direction de l'arbre secondaire7, via la pignon fouP2ce qui donne un rapport de transmission baptisé ICE3.
La position à gauche notéeC3Apermet de transférer le couple de la machine électrique secondaire4sur le deuxième arbre primaire6.
Lorsque le troisième coupleur est dans la positionC3Aet qu’en outre le deuxième coupleur est dans la positionC2A, alors on obtient un autre rapport de transmission thermique dit ICE1a, via le pignon fouP3.
Lorsque le troisième coupleur est dans la positionC3Aet qu’en outre le deuxième coupleur est dans la positionC2B, alors on obtient un autre rapport de transmission thermique dit ICE1b, via le pignon fouP4.
La boîte présente deux rapports de transmission électriques EV1 et EV2 pour le mouvement issu de la machine électrique principale3, et cinq rapports de transmission thermiques ICE1a, ICE1b, ICE2, ICE3 et ICE4 pour le mouvement issu de l'ensemble de la machine électrique secondaire 4 et du moteur à combustion interne2. Chaque rapport de vitesses transmet présente une démultiplication donnée.
En rajoutant à cela les modes hybrides série et parallèle, l'ensemble des combinaisons disponible permet à la boîte de disposer d’au moins une douzaine de rapports de vitesses, de préférence 15 rapports de vitesses.
La machine électrique principale3est connectée électriquement avec la batterie de stockage9, comme cela est illustré sur laFIG. 1, via une unité de commande de puissance spécifique comme connu en soi.
La machine électrique secondaire4est connectée électriquement avec la batterie de stockage9via une unité de commande de puissance spécifique (identique ou associée à la précédente).
La batterie de stockage d'énergie électrique est capable d'emmagasiner une quantité d'énergie au moins égale à 1 kWh. En pratique, la capacité de stockage d'énergie électrique est comprise entre 1 kWh et 3 kWh de préférence comprise entre 1,6 kWh et 2 kWh. Ce dimensionnement permet à la fois d'avoir une proportion très importante de roulage en zéro émission en conditions urbaines et aussi de limiter le poids et le coût d'une telle batterie dans l'architecture du véhicule. Le dimensionnement de la batterie résulte donc d'un compromis fin.
Il est prévu un calculateur de gestion de la batterie appelé dans le jargon du métier BMS de l'appellation anglo-saxonne Battery Management System repéré91.
Bien qu'il ne soit pas exclu d'avoir une batterie rechargeable (Plug-In), l'invention s'adresse tout particulièrement au cas des véhicules hybrides non rechargeables qui ne nécessitent aucune fonction ou infrastructure pour recharger la batterie à partir du réseau électrique général.
La tension aux bornes de la batterie9est une tension variable en fonction de son état de charge. La tension nominale peut être comprise entre 48 volts et 400 volts en fonction de la configuration.
On notePdechg_maxla puissance maximum acceptée en décharge pour la batterie. Cette valeur est dépendante notamment de la température interne de la batterie et de son état de charge actuel, mais peut dépendre aussi de manière auxiliaire d'autres paramètres.
On notePchg_maxest la puissance maximum acceptée en recharge pour la batterie. Cette valeur est dépendante notamment de la température interne de la batterie et de son état de charge actuel, mais peut dépendre aussi de manière secondaire d'autres paramètres.
À tout instant, on note :
wMEla vitesse de rotation de la machine électrique principale 3,
wHSGla vitesse de rotation de la machine électrique secondaire 4,
Cmele couple délivré par la machine électrique principale 3,
Pmela puissance de la machine électrique principale 3,
CHSG-Fle couple de frein délivré par la machine électrique secondaire 4,
CmaxHSG-Fétant le maximum à ne pas dépasser,
CHSG-Mle couple moteur délivré par la machine électrique secondaire 4,CmaxHSG-Métant le maximum à ne pas dépasser
Phsgla puissance de la machine électrique secondaire 4
On noteCicele couple délivré par le moteur à combustion interne 2, et Pice la puissance dudit moteur 2
Cice-Fest le couple de frein délivré par le moteur 2
Cice-Mest le couple moteur délivré par le moteur 2
CmaxME-Fle couplemaximumappliqué par la machine électrique principale en frein,CmaxME-Mla valeur correspondante en moteur.
Pmeest positif lorsque la machine électrique principale consomme du courant, et que Pme est négatif lorsque la machine électrique principale fonctionne en génératrice et délivre du courant (i.e. renvoie du courant vers la batterie).
Il en va de même pourPhsgqui est positif lorsque la machine électrique secondaire consomme du courant, etPhsgest négatif lorsque la machine électrique secondaire fonctionne en génératrice et délivre du courant (i.e. renvoie du courant vers la batterie).
On étudie maintenant le casK1: Engagement d'un crabot relatif au premier arbre primaire, ou possiblement relatif à l'arbre de renvoi.
Le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le premier arbre primaire5avec l’arbre secondaire7, il s'agit donc d'engager l'une des positionsC1A,C1B, ou auxiliairementC3B.
On applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique secondaire4sur le premier arbre primaire5de manière à atteindre un régime de rotation cible sur le premier arbre primaire5propice à un engagement synchronisé du crabot.
Il se présente en pratique deux cas de figure : soit il est nécessaire de faire diminuer la vitesse du premier arbre primaire 5 auquel cas le couple de convergence est un couple de freinCHSG-Fou bien il est nécessaire d'augmenter la vitesse du premier arbre primaire auquel cas le couple de convergence est un couple moteurCHSG-M.
Cas K1D- diminution de la vitesse du premier arbre primaire (passage dit ‘montant’).
On peut écrireCmaxHSG-F= (Pchg_max + Pme) / wHSG ce qui exprime la limitation en acceptation de recharge de la batterie (auquel on rajoute le prélèvement de la machine électrique principale).
On écrit aussi Cmax_frein = Cice-F + CmaxHSG-F, i .e. les couples de freins du moteur et de la machine électrique secondaire s'ajoutent.
oùCice-Fest le couple de frein délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire.
Les figures 2 et 3 illustrent deux cas de changement de rapport. Le début du commentaire qui suit est commun à ces deux figures.
La partie supérieure illustre l'engagement du crabotC1qui passe de la positionAà la positionBen transitant par la position intermédiaireN. Le décrabotage a lieu entre les instantsaetb, et le re-crabotage a lieu entre les instantsfetg.
La zone du graphique en dessous illustre les couples respectif du moteur thermiqueCice, de la machine électrique principaleCme, et de la machine électrique secondaireCHSG-F.
La zone du graphique encore en dessous montre l’évolution de la vitesse rotation du premier arbre primaireω5qui passe deωs1àωs2.
La zone basse du graphique illustre les puissances : la puissance de charge maximum propre la batteriePchg_max, la puissance de la machine électrique principalePmeet-Phsgla puissance de la machine électrique secondaire (ici représenté inversée au vu de la convention susmentionnée, pour la comparer à Pchg_max + Pme).
Sur le bilan des puissances illustré laFIG. 2, on constate que la puissance réinjectée dans la batterie par la machine électrique auxiliaire4est supérieure au seuilPchg_max, car on bénéficie en même temps du prélèvement de puissance Pme réalisé par la machine électrique principale3. Ce dépassement non problématique a lieu entre les instantscete.
A l'inverse, dans le cas de laFIG. 3où le conducteur réalise un lever de pied au début du changement de rapport, la puissance électriquePmeconsommée par la machine électrique principale n'est plus présente et même s'inverse en raison du freinage récupératif.
On constate un écrêtage de la puissance -Phsg que peut restituer la machine électrique secondaire entre les instantsdete.
Ainsi, on constate que la circonstance de levé de pied qui coïncide avec un passage montant est défavorable et occasionne un écrêtage de la puissance de freinage délivrée par la machine électrique secondaire.
Cas K1A- augmentation de la vitesse du premier arbre primaire (passage dit ‘descendant’). Dans ce cas, la machine électrique secondaire4doit apporter de l'énergie au premier arbre primaire5pour augmenter sa vitesse de rotationω5et l'amener au bon régime enfin de craboter le rapport inférieur.
LaFIG. 4illustre un tel cas de figure, qui plus est dans une circonstance où le conducteur demande de la puissance, par exemple en configuration de rétrogradage sous kick down.
On a Cmax_mot = Cice-M + CmaxHSG-M,Cice-Mest le couple moteur délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire.
CmaxHSG-M= (Pdechg_max-Pme) / wHSG,
Ici à l’inverse des cas précédents, la vitesse rotation du premier arbre primaireω5qui passe deωs2àωs1.
Dans ce genre de situation, la machine électrique principale3est sollicitée pour minimiser le trou de couple GMP pendant le passage de rapport et par conséquent le coupleCmeest largement positif. On note alors que le terme «-Pme » vient largement impacter l'acceptance en décharge de la batterie.
On a alors un écrêtage assez conséquent entre les instantscetecomme illustré dans la partie basse du graphique de laFIG. 4.
Toutefois, le pilotage du moteur à combustion interne permet de délivrer un couple moteurCice-Mconséquent malgré la limitation qui touche le coupleCHSG-Mdélivré par la machine électrique secondaire.
Il faut remarquer que les calculs exposés ci-dessus sont réalisés de manière récurrente, avec une fréquence assez élevée typiquement au moins égal à 50 Hz. Période de récurrence est notéeTe.
Le procédé calcule un nouvelécartde consigne de régime est calculé exprimé comme suit.
w_diff-F= Cmax_frein/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple de frein est délivré, etw_diff-M= Cmax_mot/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple moteur est délivré.
Jice_hsgest le moment d'inertie en rotation des pièces tournantes liées au premier arbre primaire.
w_diff-Fest une valeur de diminution etw_diff-Mest une valeur d’augmentation.
On étudie maintenant le casK2- engagement d'un crabot relatif au deuxième arbre primaire.
Par rapport à ce qui a été décrit ci-dessus, nous avons une permutation des rôles entre la machine électrique principale 3 et la machine électrique secondaire 4. Par ailleurs, le moteur à combustion interne 2 n'intervient pas pour faire converger le régime de rotation du deuxième arbre primaire 6.
Tous les commentaires ne seront pas repris mais la personne du métier pourra retrouver, mutatis mutandis, les fonctions et résultats équivalent en point
C'est la machine électrique principale 3 qui est mise à contribution pour faire converger le régime de rotation du deuxième arbre primaire.
Cas K2D- diminution de la vitesse du deuxième arbre primaire (passage montant).
Nous écrivonsCmaxME-F= (Pchg_max + Phsg) / wME.
wMEest le régime de rotation de la machine électrique principale 3, etω6est le régime de rotation du deuxième arbre primaire 6.
Nous écrivons aussiCmaxME-M= (Pdechg_max- Phsg) / wME,
LaFIG. 5illustre de manière similaire aux chronogrammes précédents le cas de figure d'un passage montant en entre deux rapports électriques. Ici il n'y a pas d'écrêtage de la puissance que la première la machine électrique principale.
Cas K2A - augmentation dela vitesse du deuxième arbre primaire (passage descendant). Ce cas n'est pas représenté aux figures mais se déduit aisément des chronogrammes précédents.
Pour finir, il est prévu d'ajouter un terme de marge de sécurité dans les calculs définis pour les différents cas de figure ci-dessus, ce terme de marge de sécurité pouvant correspondre à des imperfections de mesure.
À cette fin, on mesure, via le BMS la puissance entrantePchg_batet la puissance sortante de la batteriePdechg_bat, et on définit des écarts appelés ‘marge ‘ entre les valeurs mesurées et les valeurs maximales théoriques comme suit:
Pchg_marge = Pchg_bat - Pchg_max
Pdechg_marge = Pdechg_bat - Pdechg_max
selon un aspect particulier, on garde en mémoire la valeur maximale de Pchg_marge1 ou respectivement Pdechg_marge1 de ces écarts pendant une séquence de synchronisation régime.
Moyennant la connaissance de ces valeurs maximales de marge, on peut écrire une variante des couples maximum que la machine électrique secondaire est autorisée à délivrer.
CmaxHSG_F = (Pchg_max + Pme - K*Pchg_marge1)/wHSG,
CmaxHSG_M = (Pdechg_max – Pme - K*Pdechg_marge1)/wHSG.
K est un coefficient paramétrable, il peut être interprété comme un coefficient de sécurité. Il peut être initialisé à la valeur 1.
Sur laFIG. 6, l'unité de commande principale10reçoit de l'unité BMS qui gère la batterie les informations Pchg_bat, Pdechg_bat, Pchg_max, Pdechg_max.
La boite21représente la boucle de correction. La boite22représente la boucle de correction le calcul de Cmax-Frein. La boite23représente la conversion dynamique de régime. La boite24représente la conversion de la consigne pédale d'accélérateur en provenance du conducteur COND.
Il faut bien noter que le décrabotage en début de séquence qui apparaît sur les chronogrammes est optionnel et il n'est pas essentiel du point de vue de la présente invention.

Claims (10)

  1. Procédé de commande pour gérer un engagement de crabot concernant un rapport de transmission cible à engager, dans un groupe motopropulseur (1) de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (2), une machine électrique principale (3) connectée électriquement avec une batterie de stockage (9), une machine électrique secondaire (4) connectée électriquement avec ladite batterie de stockage (9), et au moins une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire (5) connecté mécaniquement avec le moteur à combustion interne (2) et avec la machine électrique secondaire (4), un deuxième arbre primaire (6) connecté mécaniquement avec la machine électrique principale (3), et un arbre secondaire (7), le procédé prévoyant que :
    K1- lorsque le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le premier arbre primaire (5) avec l’arbre secondaire (7), alors on applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique secondaire (4) sur le premier arbre primaire (5) de manière à atteindre un régime de rotation cible sur le premier arbre primaire (5) propice à un engagement synchronisé du crabot,
    K2- lorsque le rapport cible à engager est destiné à solidariser en rotation le deuxième arbre primaire (6) avec l’arbre secondaire (7), alors on applique un couple de convergence au moyen de la machine électrique principale (3) sur le deuxième arbre primaire (6) de manière à atteindre un régime de rotation cible sur le deuxième arbre primaire (6) propice à un engagement synchronisé du crabot,
    caractérisé en ce quele couple de convergence à appliquer par l’une des machines électriques principale ou secondaire (3,4) est déterminé en temps réel en subordination d'une acceptance de recharge et d'une acceptance de décharge de la batterie de stockage, l’acceptance de recharge et l’acceptance de décharge de la batterie de stockage étant calculées en fonction de caractéristique(s) propre(s) de la batterieetde la puissance prélevée ou restituée par l’autre des machines électriques principale ou secondaire (3,4).
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel le couple de convergence en frein peut être limité par une acceptance de recharge de la batterie de stockage notamment si l’engagement de crabot se produit dans une phase de passage montant de rapport de transmission, alors que le couple de convergence en moteur peut être limité par une acceptance de décharge de la batterie de stockage si l’engagement de crabot se produit notamment dans une phase de rétrogradage sous accélération de véhicule.
  3. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel pour le cas K1, le couple de convergence maximum appliqué par la machine électrique secondaire (4) en frein CmaxHSG-F ou en moteur CmaxHSG-M est défini comme suit :
    CmaxHSG-F = (Pchg_max + Pme) / wHSG, où
    - wHSG est le régime du HSG,
    - Pchg_max est la puissance maximum accepté en recharge,
    - Pme est la puissance consommée par la machine électrique principale (3),
    et
    CmaxHSG-M = (Pdechg_max - Pme) / wHSG, où
    - Pdechg_max est la puissance maximum accepté en décharge.
  4. Procédé de commande selon la revendication 3, dans lequel le couple total de freinage Cmax_frein ou de moteur Cmax_mot sur le premier arbre primaire s’écrit comme suit :
    Cmax_frein = Cice-F + CmaxHSG-F,
    Cmax_mot = Cice-M + CmaxHSG-M,
    où Cice-F est le couple de frein délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire,
    Cice-M est le couple moteur délivré par le moteur à combustion interne sur le premier arbre primaire.
  5. Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel un nouvel écart de consigne de régime temps réel est calculé et s’exprime comme suit :
    w_diff-F = Cmax_frein/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple de frein est délivré, w_diff-M = Cmax_mot/Jice_hsg*Te, pour la circonstance où un couple moteur est délivré,
    avec w_diff-F étant une valeur de dimimnution et w_diff-M étant une valeur d’augmentation, et Jice_hsg est le moment d'inertie en rotation des pièces tournantes liées au premier arbre primaire, et Te la période de récurrence du calcul.
  6. Procédé de commande selon la revendication 5, dans lequel le nouvel écart de consigne de régime temps réel est calculé itérativement avec une fréquence d’itération d’au moins 50 Hz.
  7. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel pour le cas K2, le couple de convergence maximum appliqué par la machine électrique principale (3) en frein CmaxME-F ou en moteur CmaxME-M est défini comme suit :
    CmaxME-F = (Pchg_max + Phsg) / wME, où
    - wME est le régime de la machine électrique principale,
    - Pchg_max est la puissance maximum acceptée en recharge
    - Phsg est la puissance consommée par la machine électrique secondaire (4),
    et
    CmaxME-M = (Pdechg_max - Phsg) / wME, où
    - Pdechg_max est la puissance maximum acceptée en décharge.
  8. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel il est prévu en outre de mesurer la puissance entrante Pchg_bat et la puissance sortante de la batterie Pdechg_bat, et on définit :
    Pchg_marge = Pchg_bat - Pchg_max
    Pdechg_marge = Pdechg_bat - Pdechg_max
    et on garde en mémoire la valeur maximale de Pchg_marge1 et respectivement de Pdechg_marge1, collectée lors de la synchronisation régime, et on applique :
    CmaxHSG_F = (Pchg_max + Pme - K*Pchg_marge1) / wHSG,
    CmaxHSG_M = (Pdechg_max – Pme - K*Pdechg_marge1) / wHSG,
    K étant un coefficient de sécurité.
  9. Véhicule hybride comprenant un groupe motopropulseur électrique (1) de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (2), une machine électrique principale (3) connectée électriquement avec une batterie de stockage (9), une machine électrique secondaire (4) connectée électriquement avec ladite batterie de stockage (9), et au moins une boîte de vitesses à crabots pilotés comportant un premier arbre primaire (5) connecté mécaniquement avec le moteur à combustion interne (2) et avec la machine électrique secondaire (4), un deuxième arbre primaire (6) connecté mécaniquement avec la machine électrique principale (3), un arbre secondaire (7), et au moins une unité de commande (10), ladite unité de commande étant configurée pour mettre en œuvre un procédé de commande l’une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. Véhicule hybride selon la revendication 9, dans lequel la boîte de vitesses à crabots pilotés est dépourvue de manchon synchroniseur et dépourvue d’embrayage.
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