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WO2008000980A1 - Systeme micro-hybride pour vehicule automobile incorporant un module de strategies de pilotage - Google Patents

Systeme micro-hybride pour vehicule automobile incorporant un module de strategies de pilotage Download PDF

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Publication number
WO2008000980A1
WO2008000980A1 PCT/FR2007/051224 FR2007051224W WO2008000980A1 WO 2008000980 A1 WO2008000980 A1 WO 2008000980A1 FR 2007051224 W FR2007051224 W FR 2007051224W WO 2008000980 A1 WO2008000980 A1 WO 2008000980A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mode
micro
hybrid system
vehicle
alternator
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/051224
Other languages
English (en)
Inventor
Oussama Rouis
Farouk Boudjemai
Brice Lecole
Julien Masfaraud
Magali Laurence
Matthieu Treguer
Hugues Doffin
Cédric LEBOEUF
Ertugrul Taspinar
Paul Armiroli
Alain Gerard
Jean-Marc Dubus
Arnaud De Vries
Eric Blanc
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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 Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
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Priority to CN2007800275500A priority patent/CN101489847B/zh
Priority to US12/303,771 priority patent/US8475328B2/en
Priority to AT07766004T priority patent/ATE533680T1/de
Priority to EP07766004A priority patent/EP2032405B1/fr
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Definitions

  • the present invention generally relates to micro-hybrid vehicle systems including motor vehicles.
  • the present invention relates to a micro-hybrid system, comprising a rotating electrical machine mechanically coupled to the engine of the vehicle, an AC-DC converter, a DC-DC converter, tanks of electrical energy for storing electrical energy produced by the rotating electrical machine and a control unit.
  • the rotary electrical machine is generally an alternator-starter which, in addition to the functions of the starter of the engine and of the alternator which it fills, can also be requested for a function of recuperative braking and a torque assist function (also known as "boost").
  • the electrical energy recovered by the regenerative braking can be stored in capacitors of very high capacity called “UCAP” or “supercapacitor” by those skilled in the art and serves to supply an onboard network under a fluctuating DC voltage.
  • This fluctuating continuous dc network is distinct from the conventional 12 volt network fitted to motor vehicles and completes it, with particular responsibility for the power supply of consumer devices capable of accepting a fluctuating voltage greater than 12 volts.
  • control unit operates in a slave mode and is controlled by an electronic control unit of the vehicle according to control laws specific thereto and managed by it.
  • the present invention aims to provide a microhybrid system of a new type in which all the intelligence necessary to control the micro-hybrid system is integrated into the micro-hybrid system. hybrid itself, thus offering an integrated equipment that minimizes its demands on the vehicle system and in which it becomes possible to incorporate sophisticated control strategies that are perfectly adapted to the sub-assemblies making up the micro-hybrid system.
  • the micro-hybrid system for a transport vehicle comprises a rotating electrical machine capable of being mechanically coupled to a vehicle engine, an AC-DC converter, a DC-DC converter, first and second electric energy tanks capable of storing a power supply. electrical energy produced by the rotary machine and to restore it for consumer devices equipping the vehicle, and control means for controlling the operation of the micro-hybrid system.
  • control means comprise control means that are able to autonomously control modes of operation of the micro-hybrid system according to a plurality of strategies based at least on their own knowledge of a state. internal of the micro-hybrid system and a state of the vehicle and able to slave the modes of operation in accordance with instructions contained in external requests from a system of the vehicle.
  • the present invention allows an optimization of the efficiency of the electricity production in order to reduce the fuel consumption of the vehicle. This result is obtained in particular because of a mechanical load management (alternator) on the engine and electrical charges on the power supply network.
  • control means are also able to slave the modes of operation in accordance with instructions contained in external requests from a system of the vehicle.
  • the micro-hybrid system can remain slave and be controlled from the outside or receive from a supervisor of the vehicle or the engine an engine performance estimator thermal engine to selectively charge the engine in areas where the fuel / mechanical energy conversion has a good efficiency, that is the purpose of the mechanical energy taken (electricity, air conditioning) on the engine.
  • control means comprise supervisory means which determine a situation of the vehicle and authorize and at least partially define at least one of the modes of operation of the micro-hybrid system taking into account their determination of the situation of the vehicle.
  • vehicle and / or external requests from a vehicle system Preferably, the supervision means comprise means for estimating a situation of the vehicle among at least one of the following situations: the vehicle is in an urban environment, the vehicle is on the road, the vehicle is on the motorway.
  • the supervisory means comprise: means for authorizing and selecting an alternator mode of operation of the rotating electrical machine from among several alternator modes of operation available taking into account at least the situation of the vehicle; and or
  • control means comprise security means which define at least one operating limit of the micro-hybrid system from an internal representation of at least a part of the functional elements of the microhybrid system and / or an external request from a vehicle system.
  • said at least one operating limit is within the following operating limits of the micro-hybrid system: minimum and maximum operating range values of a fluctuating voltage component of the micro-hybrid system, calibration values / diagnosis, protection and safety of the fluctuating voltage component, a maximum value of an excitation current of a rotor of the rotating electrical machine and a value maximum of a mechanical torque to be taken in a regenerative braking mode of the rotating electrical machine.
  • said internal representation preferably covers at least the following functional elements: the rotating electrical machine, the AC-DC converter, the DC-DC converter and the first and second electric energy tanks.
  • control means comprise state machine means allowing transitions between the modes of operation of the micro-hybrid system according to at least supervisory information and safety information produced by the means. piloting.
  • said supervision information and security information are provided respectively by the supervisory means and the security means.
  • said modes of operation comprise the following modes:
  • said modes of operation comprise at least one of the following five alternator modes:
  • an alternator mode in which a fluctuating voltage component is set to a determined value indicated by a setpoint; an alternator mode in which the fluctuating voltage component is set to an optimum value;
  • a mixed alternator mode comprising at least two of the above modes over different operating speed ranges of the rotating electrical machine.
  • said modes of operation comprise at least one of the following three modes of assistance:
  • one of the first and second electric energy tanks comprises at least one supercapacitor.
  • the electrical energy reservoir comprising a supercapacitor feeds an onboard network under a DC voltage comprising a fluctuating voltage component, and the other electrical energy tank supplies another onboard network under a DC voltage. substantially stable.
  • the control strategy module comprises means for providing a vehicle system with information on external equipment to be piloted according to its knowledge of the situation / state of the vehicle.
  • FIG. 1 is a general block diagram showing a general configuration of a particular embodiment of the micro-hybrid system according to the invention
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a control strategy module included in a control unit of the micro-hybrid system of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a vehicle supervision block included in the control strategy module of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows operating zones of the micro-hybrid system corresponding to cyclic ratios representative of the consumption of the electrical networks
  • FIG. 5 shows curves giving a torque rate to be taken for recuperative braking functions
  • Figs.6 and 7 are curves giving torque rates to be applied for torque assist functions
  • FIG. 8 is a functional block diagram of a system security block included in the control strategy module of FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing limitations of a fluctuating DC voltage to be imposed on an on-board voltage network of the vehicle as a function of the temperature of the system and in a given application;
  • FIG. 10 is a graph showing maximum operating limits for recuperative braking and torque assist functions as a function of the temperature of the system and in a given application.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a rotating system state machine block included in the steering strategy module of FIG.
  • FIG. 1 it is now generally described the hardware and functional configuration of a particular embodiment 1 of a micro-hybrid system according to the invention.
  • the micro-hybrid system 1 essentially comprises a rotating electrical machine 10, a reversible AC / DC converter 1 1, a storage tank 1 electrical energy 12, a DC-DC voltage converter 13 and a microcontroller 14.
  • the micro-hybrid system 1 is connected to a bi-voltage edge array of the vehicle capable of supplying a low DC voltage Vb and a high variable DC voltage Vb + X.
  • the low DC voltage Vb is generally that of 12 V of a lead-acid battery 2 equipping the vehicle.
  • the voltage Vb may be used to supply the vehicle consumers demanding a relatively stable voltage value, such as lighting and signaling devices.
  • the DC voltage Vb + X varies for example between 12 and 60 V and is available at the terminals of the electrical energy tank 12 whose voltage load is dependent on the regenerative braking operation of the electrical machine. rotating 10.
  • the voltage Vb + X can be used primarily to supply consumers accepting a variable voltage such as for example a defrosting device. However, in some applications, the voltage Vb + X may also be used to supply, via a dedicated DC-DC converter (not shown), a consumer requesting a stable DC voltage, for example a car radio device powered at 12 V. moreover, the voltage Vb + X in certain applications is also usable for supplying with a voltage greater than 12 V the rotating electrical machine 10 operating in starter or motor mode.
  • the rotating electrical machine 10 is mechanically coupled, link 101, to a heat engine 5 of the vehicle.
  • the machine 10 is an alternator-starter type machine which is here of the three-phase type and which is able to operate also in regenerative braking mode and in torque assist mode. In the torque assistance mode, the machine 10 provides an additional mechanical torque for the traction of the vehicle in addition to that provided by the heat engine 5.
  • the AC / DC converter 11 is a reversible device and allows, when the rotating electrical machine 10 is to operate in motor mode, a supply of the machine 10 with three-phase alternating voltages obtained from a DC voltage across the terminals of the electrical energy reservoir 12, and, when the rotating electrical machine 10 is to operate in alternator mode, a rectification in the form of a DC voltage rectified three-phase voltages provided by the machine 10. This DC voltage rectified charges the reservoir of electrical energy 12 and, through the DC-DC converter 13, the battery 2.
  • the electrical energy reservoir 12 is here a capacitor pack of very high capacity. These capacitors are usually referred to as “ucap” or “supercapacitor” by those skilled in the art.
  • the reservoir 12 is designated simply supercapacitor 12 in the following description.
  • the supercapacitor 12 allows, by charging to the DC voltage delivered by the AC / DC converter 1 1, a storage of electrical energy when the rotating electrical machine 10 operates in regenerative braking mode or alternator mode.
  • the energy stored in the supercapacitor 12 can be restored on the voltage network Vb + X to supply different consumers and, in some cases, on the voltage network Vb, through the DC / DC converter 13, for example when the machine 10 does not charge and that the battery 2 is unable to respond to a current peak demand on the voltage network Vb.
  • the energy stored in the supercapacitor can be used for a starting of the heat engine 5 or a torque assistance thereof at a voltage Vb + X which can be significantly higher than the 12 V classics, thus facilitating a supply by the rotary machine 10 large mechanical torques required in the case of large heat engines.
  • the DC / DC converter 13 is a reversible device and allows, on the one hand, a transfer of energy to the voltage network Vb to supply the consumers and charge the battery 2 and, on the other hand, a transfer of energy in the opposite direction from the voltage 12V of the battery 2 to charge the supercapacitor 12 if necessary and supply the AC / DC converter 1 1 when the rotating machine 10 operates as motor / starter.
  • the microcontroller 14 manages the operation of the micro-hybrid system 1 from information representative of the internal state of the system micro-hybrid 1 and the state of the vehicle.
  • a control strategy module 140 described in detail below in the description, is implemented in the microcontroller 14 so as to drive the micro-hybrid system 1, taking into account the internal state of the micro-hybrid system 1 and the Vehicle status Status information and commands can thus be exchanged between the microcontroller 14 and various functional elements of the microhybrid system 1 through signal exchange links.
  • Signal exchange links L1, L2 and L3 between the microcontroller 14 and the elements 10, 11 and 13 are shown by way of example in FIG. As also shown in FIG.
  • a data communication bus 3, for example of the CAN type, is also provided for the exchange of information between the micro-hybrid system 1 and the system 4 of the vehicle. Information such as pressing the brake pedal or the accelerator pedal can thus be transmitted to the micro-hybrid system 1 by the vehicle system 4 through the data communication bus 3.
  • the driving strategy module 140 of the micro-hybrid system 1 is now described in detail. According to the invention, the driving strategies module
  • the control strategy module 140 has access to sufficient relevant data to have a reliable internal model of the vehicle. Otherwise, it will be assumed that the operating modes will be imposed by an external request or that there is a fault mode.
  • the control variables namely the cyclic ratios of the AC / DC converter 11 in inverter mode and the DC / DC converter 13, are representative of the consumption of the on-board electrical networks Vb and Vb + X.
  • CREGEN, CBOOST correspond respectively to the maps for the regenerative braking function designated REGEN and the torque assistance function designated BOOST.
  • REGEN the regenerative braking function
  • BOOST the torque assistance function
  • CDEBIT and PWM respectively correspond to the maps for the current flow I x of the machine 10 in alternator mode and for the excitation current I ⁇ X to be supplied to the rotor of the machine 10 in pulse width modulated form (PWM ) in this particular embodiment.
  • ⁇ - ⁇ % represents the duty ratio of the excitation current I ⁇ X running through the rotor of the machine 10.
  • ⁇ 2 % is the duty ratio of the DC / DC converter 13 between the voltages Vb + X and the voltage Vb.
  • the control strategy module 140 comprises in particular two blocks 141 and 142 which are responsible for setting parameters used in the decision machines included in the module and a block 143 which is a block of state machine of the system rotating (rotating electric machine 10).
  • the block 141 designated SUPERVISION VEHICLE determines the environment of the vehicle and defines the use of alternator modes designated mode 1, mode 1a, mode 2, mode 2bis of the machine 10.
  • the invention is not limited to the four alternator modes above and, depending on the applications, may include other modes in lower number or. According to the invention, any combination of the alternator modes described below is possible.
  • the block 141 is also responsible for generating the regenerative braking requests of internal origin as a function of its knowledge of the vehicle or of external origin for a slave mode controlled by the vehicle system 4.
  • the block 141 is also able to manage external requests for particular operating points.
  • the block 142 designated SUPERVISION SECURITE SYSTME defines operating limits of the system. For this, it is based on an internal representation of each subsystem or on an external request.
  • Block 141 essentially comprises sub-function blocks 1410, 141 1, 1412, 1413, 1414 and 1415.
  • sub-block for the management of external requests which are transmitted to sub-blocks 1413, 1414 and 1415.
  • External requests include but are not limited to: a particular alternator mode request, a regenerative braking request, and a pair assistance request.
  • the control strategy module 140 thus authorizes autonomous modes for which it itself determines the operating modes and slave modes for which the vehicle system 4 itself decides on the parameters to be applied.
  • Mode 1 continuous alternator mode at a fixed voltage
  • Mode 1 bis continuous alternator mode at the optimum voltage
  • Mode 2 alternate alternator mode between two values X min and X max of the fluctuating voltage component X of the voltage Vb + X
  • Mode 2bis alternator mode alternated by actions on the REGEN and BOOST functions
  • FORE OK regenerative braking mode allowed or not FOBO_OK: boost mode allowed or not Torque setpoint:
  • - ⁇ - ⁇ % represents the cyclic ratio of the excitation current I ⁇ X of the rotor, which for a value of the fluctuating voltage component
  • X given is representative of the consumption of the Vb + X network.
  • ⁇ 2 % represents the "duty ratio" of the DC / DC converter 13, which for the values of the fluctuating voltage component X and of the voltage and Vb data, is representative of the consumption of the network Vb.
  • Mode_FR Mode of recuperative braking
  • Mode_FR O: autonomous mode
  • Mode FR 1: slave mode o Mode_BO: Mode of operation in assistance in couple (boost)
  • Mode AL 1: slave mode o Torque command C r ⁇ gen o Torque command Cboost o Parameters of the alternator mode (ALTER) imposed
  • Sub-Block 1410 Vehicle Situation Estimator
  • the load of sub-block 1410 is to determine whether the vehicle is in town, on the road or on the highway. Different detection strategies can be used and will have to be chosen by the person skilled in the art according to the applications. In a completely slave mode, this block 1410 gives the vehicle supervisor the ability to control "high level" strategies.
  • Sub-block 141 1 REGEN mode measurements
  • the load of this sub-block 141 1 is to centralize all the measures deemed useful to correctly generate a REGEN request. This includes among others:
  • Sub-Block 1413 Operation Mode Selector This sub-block 1413 is based on information city, highway, highway and power consumption or external demand to impose an operating mode alternator.
  • 4 modes of alternator operation are available, namely: 2 permanent modes and 2 alternate modes.
  • To these 4 modes can be added a mixed mode alternating between the alternator modes 1 x and 2x according to a criterion depending on the speed range of the machine. These modes are described in more detail in the following description. In stand-alone operation, the system selects the
  • “Best” alternator mode according to the situation of the vehicle and its power consumption represented by the control variables ⁇ - ⁇ % and ⁇ 2 %, respectively for the AC / DC converter 1 1 in inverter mode and the DC / DC converter 13. In other embodiments, it is also possible to take consumption into account.
  • ⁇ i ma ⁇ is a function of the temperature of the machine 10 and its electronics and ⁇ 2m ax is a function of the temperature of the DC / DC converter 13.
  • the zones may possibly involve other parameters than the respective consumption of the networks such as the speed of the heat engine 5 or the mechanical power already taken from the shaft of the heat engine 5.
  • alternating alternator mode (2 or 2bis) may be provided also in the city, in certain areas.
  • Sub-Block 1414 REGEN Demand Generator
  • This block 1414 is responsible for generating REGEN requests.
  • the module 140 warns the system of the vehicle or the engine 5 of the torque that it takes or provides on the shaft of the engine 5 so that it adopts its behavior.
  • the function REGEN is expressed, according to the embodiments, in torque to be taken from the shaft of the heat engine 5 or electrical power recovered.
  • the value provided as a parameter is a torque to be taken from the shaft of the heat engine 5.
  • the value of the parameter "couple to be sampled" can be updated by the order giver. external as many times as necessary, until the completeness of the mission. In the event of a failure of sub-block 1411, a degraded slave mode can be immediately imposed if the system does not exhibit component failure.
  • the sub-block 1414 has a maximum value of the torque to be taken called C m ax_d ⁇ s P o- This maximum torque corresponds to the maximum value of the torque that the machine 10 is able to take from the shaft of the heat engine 5. It therefore corresponds to the maximum flow curves of the machine 10 operating as an alternator for different values of the fluctuating voltage component X.
  • sub-block 1414 the behavior of sub-block 1414 is as follows:
  • Cregen> 0 priority to the external request on the value calculated by the module 140.
  • an external client may request a REGEN phase to take control of the internal calculation.
  • REGEN2 mode may be useful for recharging the supercapacitors on a high stabilized regime, for example above 4000 rpm.
  • This mode can be easily disabled by setting unreachable thresholds.
  • This mode is a special alternator mode. This is not a true regenerative braking mode.
  • the load of this sub-block 1412 is to centralize all the measures deemed useful to correctly generate a BOOST request for assistance in couple. This includes among others:
  • Sub-block 1415 BOOST request generator
  • Shift assist This is an approval function that can be activated when the driver changes the gearbox ratio for a higher gear: when the clutch sticks resistant torque related to the vehicle (torque to the wheel, speed of the vehicle, etc.) comes to brake the engine. It can then occur a reduction in speed that can be limited by this mode of operation.
  • this sub-block is responsible for generating the BOOST requests.
  • the module 140 warns the supervisor of the vehicle or that of the engine 5 of the torque that it takes or provides on the shaft of the engine 5 so that it adopts its behavior.
  • the BOOST function will express, according to the applications of the invention, in torque to provide the shaft of the heat engine 5, mechanical power to provide or as a percentage of the maximum torque available. In the remainder of the description, it will be assumed that the value supplied as parameter is a torque to be supplied to the shaft of the heat engine 5.
  • the value of the couple to be supplied can be updated by the external ordering party whenever it is necessary, until the completeness of the mission.
  • a degraded slave mode can be immediately imposed if the system has no component failure.
  • the sub-block 1415 has a maximum value of the torque that it can supply called C m ax_d ⁇ s P o- This maximum torque corresponds to the maximum value of the torque that the machine is capable of supplying to the shaft of the engine 5. It therefore corresponds to the maximum torque curves of the machine 10 operating in motor mode for different values of the fluctuating voltage component X.
  • sub-block 1415 the behavior of sub-block 1415 is as follows:
  • an external ordering party can request a BOOST support phase to take control of the internal calculation.
  • the internal calculation gives as a result a percentage of the pair C ma ⁇ _d ⁇ s P o to apply.
  • the percentage of the maximum torque available to be supplied obeys a predetermined law such as that shown by way of example in FIG.
  • system 1 can intervene in assistance in torque at idle in order to reduce the quantities of fuel to be injected. In order for this mode to remain transparent to the driver, it is preferable for the vehicle system to be informed of the torque provided by the system 1 or for the idle assist torque to be applied with at least a control loop. times slower than thermal torque management.
  • the percentage of the maximum torque available to be supplied is dependent on the consumption level and obeys a predetermined law such as that shown by way of example in FIG.
  • this particular mode reduces the voltage of the network Vb + X when the vehicle is traveling above a certain speed.
  • the applied torque may be constant and dependent on system parameters or may be variable according to other considerations such as, for example, the speed of the heat engine 5:
  • Rate_couple - v ⁇ de F m ⁇ S - where N vld ⁇ (p) is the stabilized speed
  • the CONSO mode controls the authorization of BOOST_CONSO1 in the logical equation that follows. The percentage applied depends on the authorized consumption mode but the authorization of the assistance in couple is given by the flag:
  • BOOSTJDK BOOST1 OR BOOST2 OR [BOOST_CONSO1 AND CONSO]
  • This block 142 makes it possible to impose operating limits on the voltage of the network Vb + X as a function of the internal state of the micro-hybrid system 1.
  • Mode 3 protection (Boolean logic)
  • Mode 4 security (Boolean logic)
  • Mode 5 calibration / diagnosis (Boolean logic)
  • Sub-Block 1420 ON / OFF Limits
  • This sub-block 1420 reflects the limitations of the voltage to be imposed on the network as a function of the temperature of the system and in the application in question.
  • a lower limit corresponds to the nominal minimum operating voltage (for example, being able to perform a certain test such as driving the heat engine twice for 1 second).
  • An upper limit generally corresponds to a reliability limit, for example, on the maximum current allowed by the AC / DC converter 1 1.
  • Sub-block 1421 REGEN limits
  • this sub-block 1421 translates the maximum operating limits for the REGEN and BOOST functions as a function of the temperature of the system and in the application under consideration.
  • a lower limit corresponds to the nominal minimum operating voltage in BOOST mode (for example, being able to perform a certain test such as driving the heat engine in BOOST mode. for 1 second then a restart test of 1 second).
  • the upper limit usually corresponds to a reliability limit related to the REGEN function.
  • the sub-block 1422 is a supervisor and its function is to define the functional level of the supercapacitor 12. It can impose a calibration / diagnostic mode and therefore impose a particular operating point.
  • the sub-block 1422 recommends the values of the functional parameters and the states of activation of the functions when the component which it deals with is not in working order.
  • Sub-Block 1423 MACHINE Supervisor 10 / AC / DC CONVERTER H
  • the sub-block 1423 is a supervisor who is responsible for defining the functional level of the AC / DC converter 1 1 and the machine 10. It can impose a calibration / diagnostic mode and therefore impose a particular operating point. It recommends the values of the functional parameters and the states of activation of the functions when the component which it deals with is not in working order.
  • Sub-block 1424 Supervisor DC / DC converter 13
  • the sub-block 1424 is a supervisor who is responsible for defining the functional level of the DC / DC converter 13. It can impose a calibration / diagnostic mode and therefore impose a particular operating point. It recommends the values of the functional parameters and the states of activation of the functions when the component which it deals with is not in working order.
  • Sub-Block 1425 Battery Supervisor 2
  • Sub-block 1425 is a supervisor who is responsible for defining the functional level of the battery. It can impose a calibration / diagnostic mode and therefore impose a particular operating point. he recommends the values of the functional parameters and the states of activation of the functions when the component which it deals with is not in working order.
  • Sub-Block 1426 Security Strategies for Vb + X
  • the sub-block 1426 is based on the functional states of the subsets to allow or inhibit certain functions or their functional levels. It is assumed here that supervisors can define 3 types of modes:
  • the SECURITY mode may be triggered if two or more degraded modes are declared.
  • the above logic equations are given by way of non-limiting example.
  • the default alternator mode is mode 1 or 1 bis depending on the strategy adopted.
  • the particular modes 3, 4 and 5 are not described here.
  • the reference CONSO above relates to a particular BOOST mode executed to consume an available energy in the supercapacitor 12.
  • the reference OFF relates to the ON / OFF mode (usually called "Stop &Go") described above in the description.
  • the references DEM and 120 ° relate to a starter mode of the machine 10 in which, in the initial phase of the engine start thermal 5, the machine 10 is powered with three-phase voltages whose alternations are limited to 120 ° in particular to limit the current draw in the initial phase of startup.
  • the regulation is done according to the defined mode 1, 1 bis, 2, 2 bis or mixed.
  • the model 1 bis or 2bis, is imposed if there is no priority slave mode.
  • the transition is flexible by adapting the control parameters according to slopes or other types of trajectory and imposing during the transition (if Xcons2 is the calculation of the new setpoint ):
  • the preferred modes of consumption are: o 1 - Increase the voltage of the Vb network if there are consumers and without changing the alternator modes. o 2 - Normal BOOST modes o 3 - BOOST_CONSO mode to accelerate consumption
  • the algorithmic part that manages the ON / OFF function will be determined in relation to the DEM_120 ° flag.
  • the DEM_120 ° flag returns to FALSE.
  • the motor control supervisor may request a start by the system 1 if conditions permit. These "forced” starts are stored without notifying the driver for future maintenance analysis.
  • REGEN function can be activated with certain limitations even in modes 3, 4 and 5.
  • this threshold Xmax_r ⁇ g ⁇ n must be chosen to be less than the maximum restart limit (Xmax_r ⁇ g ⁇ n ⁇ Xmax_i2o °) by taking certain protections such as the 120 ° start. If one wants to maximize the regenerative braking capacity (Xmax_r ⁇ g ⁇ n> Xmax_i2o °), it is necessary to inhibit the ON / OFF function as long as the voltage does not fall below the safety threshold X ma ⁇ _i2o ° -
  • the BOOST process corresponds to a transition in an actuator mode (torque assist) with the Cboost torque value set as its target. It is an iterative process because the fluctuating voltage component X decreases with time, it is necessary to adapt the control parameters to maintain the torque setpoint. The application of the couple is done in a progressive way so that the mating is not noticeable.
  • ALTERNATOR "and activates if and only if:
  • the set voltage can be a median value or be imposed by the vehicle supervisor or even depend on the application without this in itself limiting this mode of operation.
  • the setpoint voltage may be closer to X m ⁇ n if there are more consumers on the Vb network or closer to X max if there are more consumers on the Vb network. + X.
  • the calculation of the optimal value can be done by modeling, mapping or interpolation to find the fixed voltage that is optimal in the sense of the conversion of electrical energy. For this purpose, yield maps for the AC / DC converter in inverter mode and for the DC / DC converter can be used. The calculation routine or the mapping then finds the fluctuating tension component X which optimizes the overall efficiency r1% * r2% as a function of the consumption estimates P CO nsoi4v and p ⁇ nso + x. The setpoint is therefore not fixed and adapts to the change in power consumption.
  • alternator efficiency M% depends first and foremost on the fluctuating voltage component X, the speed of rotation of the machine and the flow rate, whereas the efficiency r 2% of the DC / DC converter depends on the difference between voltage between the 2 networks of voltage and the flow on the network Vb.
  • the maximum efficiencies therefore rarely correspond to the same fluctuating voltage component X and the voltage chosen will therefore generally be a compromise value.
  • alternator mode On speed range. If the storage capacity of the electrical energy (supercapacitor) and sufficient with respect to the electrical consumptions, it is possible to envisage the application of an alternator mode only on certain speed ranges, by mixing several alternator modes already described . In this particular embodiment, the following conditions characterize this mixed mode:
  • This mixed mode makes it possible to switch to alternator mode only on engine speed ranges that are interesting from the point of view of the efficiency of the rotary electric machine. It should be noted that the mode 2bis can in certain cases advantageously replace the mode 1a for use on road or highway.
  • control strategy module is capable of providing the vehicle system with information on the external equipment to be piloted according to its knowledge of the situation / state of the vehicle.
  • the module may indicate to the vehicle system that the air conditioning compressor is usable with more power when the module is aware of a good performance of the engine or when the micro-hybrid system is in a REGEN mode involving availability. energy.

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Abstract

Le système micro-hybride pour véhicule de transport comprend une machine électrique tournante (10) apte à être couplée mécaniquement à un moteur (5) du véhicule, un convertisseur alternatif-continu (11), un convertisseur continu-continu (13), des premier (12) et second (2) réservoirs d'énergie électrique aptes à stocker une énergie électrique produite par la machine tournante et à restituer celle-ci pour des dispositifs consommateurs équipant le véhicule, et des moyens de commande (14) pour commander le fonctionnement du système micro-hybride. Conformément à l'invention, les moyens de commande (14) comprennent des moyens de pilotage (140) aptes à piloter de manière autonome des modes de fonctionnement du système micro-hybride selon une pluralité de stratégies en fonction au moins de leur propre connaissance d'un état interne du système micro-hybride et d'un état du véhicule.

Description

SYSTEME MICRO-HYBRIDE POUR VEHICULE
AUTOMOBILE INCORPORANT UN MODULE
DE STRATEGIES DE PILOTAGE
La présente invention concerne de manière générale des systèmes micro-hybrides pour véhicule notamment des véhicules automobiles.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un système micro-hybride, comprenant une machine électrique tournante couplée mécaniquement au moteur thermique du véhicule, un convertisseur alternatif-continu (AC-DC), un convertisseur continu-continu (DC-DC), des réservoirs d'énergie électrique pour stocker une énergie électrique produite par la machine électrique tournante et une unité de commande.
Dans les dispositifs micro-hybrides connus du type ci-dessus, la machine électrique tournante est généralement un altemo-démarreur qui, outre les fonctions de démarreur du moteur thermique et d'alternateur qu'il remplit, peut également être sollicité pour une fonction de freinage récupératif et une fonction d'assistance en couple (également appelée « boost » en anglais). L'énergie électrique récupérée par le freinage récupératif peut être stockée dans des condensateurs de très grande capacité appelés « UCAP » ou « supercondensateur » par l'homme du métier et sert à alimenter un réseau de bord sous une tension continue fluctuante. Ce réseau de bord sous tension continue fluctuante est distinct du réseau 12 Volt classique équipant les véhicules automobiles et complète celui-ci en ayant à charge plus particulièrement l'alimentation électrique de dispositifs consommateurs capables d'accepter une tension fluctuante supérieure à 12 Volt.
Dans ces dispositifs micro-hybrides de la technique antérieure, l'unité de commande fonctionne selon un mode esclave et est pilotée par une unité électronique de commande du véhicule selon des lois de commande propres à celui-ci et gérées par celui-ci.
La présente invention a pour objet de fournir un système microhybride d'un type nouveau dans lequel toute l'intelligence nécessaire au pilotage du système micro-hybride est intégrée dans le système micro- hybride lui-même, offrant ainsi un équipement intégré qui minimise ses sollicitations au système du véhicule et dans lequel il devient possible d'incorporer des stratégies de pilotage élaborées parfaitement adaptées aux sous-ensembles composant le système micro-hybride. Le système micro-hybride pour véhicule de transport comprend une machine électrique tournante apte à être couplée mécaniquement à un moteur du véhicule, un convertisseur alternatif-continu, un convertisseur continu-continu, des premier et second réservoirs d'énergie électrique aptes à stocker une énergie électrique produite par la machine tournante et à restituer celle-ci pour des dispositifs consommateurs équipant le véhicule, et des moyens de commande pour commander le fonctionnement du système micro-hybride.
Conformément à l'invention, les moyens de commande comprennent des moyens de pilotage à la fois aptes à piloter de manière autonome des modes de fonctionnement du système micro-hybride selon une pluralité de stratégies en fonction au moins de leur propre connaissance d'un état interne du système micro-hybride et d'un état du véhicule et aptes à piloter en esclave les modes de fonctionnement conformément à des instructions contenues dans des demandes externes provenant d'un système du véhicule.
La présente invention autorise une optimisation du rendement de la production d'électricité dans le but de réduire la consommation en carburant du véhicule. Ce résultat est obtenu notamment du fait d'une gestion des charges mécaniques (alternateur) sur le moteur thermique et des charges électriques sur le réseau d'alimentation en électricité.
Selon une autre caractéristique, les moyens de pilotage sont également aptes à piloter en esclave les modes de fonctionnement conformément à des instructions contenues dans des demandes externes provenant d'un système du véhicule. Ainsi, par exemple, lorsque la machine électrique tournante opère dans le mode alternateur, le système micro-hybride peut rester esclave et être piloté depuis l'extérieur ou bien recevoir d'un superviseur du véhicule ou du moteur thermique un estimateur du rendement du moteur thermique pour charger le moteur thermique de manière sélective dans les zones où la conversion carburant / énergie mécanique a un bon rendement, quelle que soit la finalité de l'énergie mécanique prélevée (électricité, climatisation) sur le moteur thermique.
Selon encore une autre caractéristique, les moyens de pilotage comprennent des moyens de supervision qui déterminent une situation du véhicule et autorisent et définissent au moins partiellement au moins un des modes de fonctionnement du système micro-hybride en tenant compte de leur détermination de la situation du véhicule et/ou de demandes externes provenant d'un système du véhicule. De préférence, les moyens de supervision comprennent des moyens pour estimer une situation du véhicule parmi au moins l'une des situations suivantes : le véhicule est dans un environnement urbain, le véhicule est sur route, le véhicule est sur autoroute.
Selon d'autres caractéristiques les moyens de supervision comprennent : - des moyens pour autoriser et sélectionner un mode de fonctionnement en alternateur de la machine électrique tournante parmi plusieurs modes de fonctionnement en alternateur disponibles en tenant compte au moins de la situation du véhicule ; et/ou
- des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique tournante ; et/ou
- des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement d'assistance en couple de la machine électrique tournante.
Selon une autre caractéristique, les moyens de pilotage comprennent des moyens de sécurité qui définissent au moins une limite de fonctionnement du système micro-hybride à partir d'une représentation interne d'au moins une partie des éléments fonctionnels du système microhybride et/ou d'une demande externe provenant d'un système du véhicule.
De préférence, ladite au moins une limite de fonctionnement est comprise dans les limites de fonctionnement suivantes du système micro- hybride : des valeurs minimale et maximale de plage de fonctionnement d'une composante de tension fluctuante du système micro-hybride, des valeurs de calibration / diagnostic, de protection et de sécurité de la composante de tension fluctuante, une valeur maximale d'un courant d'excitation d'un rotor de la machine électrique tournante et une valeur maximale d'un couple mécanique à prélever dans un mode de freinage récupératif de la machine électrique tournante.
De plus, ladite représentation interne couvre de préférence au moins les éléments fonctionnels suivants : la machine électrique tournante, le convertisseur alternatif-continu, le convertisseur continu-continu et les premier et second réservoirs d'énergie électrique.
Selon encore une autre caractéristique, les moyens de pilotage comprennent des moyens à machine d'état autorisant des transitions entre les modes de fonctionnement du système micro-hybride en fonction au moins d'informations de supervision et d'informations de sécurité produites par les moyens de pilotage. De préférence, lesdites informations de supervision et informations de sécurité sont fournies respectivement par les moyens de supervision et les moyens de sécurité.
Dans une forme de réalisation particulière du système micro- hybride selon l'invention, lesdits modes de fonctionnement comprennent les modes suivants :
- au moins un mode alternateur,
- au moins un mode de freinage récupératif, et
- au moins un mode d'assistance en couple.
Selon une autre caractéristique, lesdits modes de fonctionnement comprennent au moins un des cinq modes alternateur suivants :
- un mode alternateur dans lequel une composante de tension fluctuante est fixée à une valeur déterminée indiquée par une consigne ; - un mode alternateur dans lequel la composante de tension fluctuante est fixée à une valeur optimale ;
- un mode alternateur dans lequel la consigne passe à une valeur minimale lorsque la composante de tension fluctuante mesurée atteint une valeur maximale ; - un mode alternateur dans lequel aucune consigne n'est fixée entre des valeurs minimale et maximale de la composante de tension fluctuante ; et
- un mode alternateur mixte comprenant au moins deux des modes ci-dessus sur des plages de vitesse de fonctionnement différentes de la machine électrique tournante. Selon encore une autre caractéristique, lesdits modes de fonctionnement comprennent au moins un des trois modes d'assistance en couple suivants :
- un mode d'assistance en couple intervenant consécutivement à un appui sur une pédale d'accélérateur du véhicule ;
- un mode d'assistance en couple intervenant sur un régime de ralenti du moteur ;
- un mode d'assistance en couple intervenant lors d'un changement de rapport dans une boite de vitesse du véhicule ; et - un mode d'assistance en couple visant à consommer une énergie électrique stockée disponible dans au moins un des réservoirs d'énergie électrique.
Selon encore une autre caractéristique, l'un des premier et second réservoirs d'énergie électrique comprend au moins un supercondensateur. Selon encore une autre caractéristique, le réservoir d'énergie électrique comprenant un supercondensateur alimente un réseau de bord sous une tension continue comportant une composante de tension fluctuante, et l'autre réservoir d'énergie électrique alimente un autre réseau de bord sous une tension continue sensiblement stable. Selon encore une autre caractéristique, le module de stratégies de pilotage comporte des moyens pour fournir à un système du véhicule des informations sur des équipements externes à piloter en fonction de sa connaissance de la situation / état du véhicule.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la Fig.1 est un bloc-diagramme général montrant une configuration générale d'une forme de réalisation particulière du système micro-hybride selon l'invention ;
- la Fig.2 est un bloc-diagramme fonctionnel d'un module de stratégies de pilotage inclus dans une unité de commande du système micro-hybride de la Fig.1 ; - la Fig.3 est un bloc-diagramme fonctionnel d'un bloc de supervision de véhicule inclus dans le module de stratégies de pilotage de la Fig.2 ;
- la Fig.4 montre des zones de fonctionnement du système micro- hybride correspondant à des rapports cycliques représentatifs de la consommation des réseaux électriques ;
- la Fig.5 montre des courbes donnant un taux de couple à prélever pour des fonctions de freinage récupératif ;
- les Figs.6 et 7 sont des courbes donnant des taux de couple à appliquer pour des fonctions d'assistance en couple ;
- la Fig.8 est un bloc-diagramme fonctionnel d'un bloc de sécurité de système inclus dans le module de stratégies de pilotage de la Fig.2 ;
- la Fig.9 est un graphique représentant des limitations d'une tension continue fluctuante à imposer à un réseau de tension de bord du véhicule en fonction de la température du système et dans une application considérée ;
- la Fig.1 O est un graphique représentant des limites d'utilisation maximales pour des fonctions de freinage récupératif et d'assistance en couple en fonction de la température du système et dans une application considérée ; et
- la Fig.1 1 est un bloc-diagramme fonctionnel d'un bloc de machine d'état de système tournant inclus dans le module de stratégies de pilotage de la Fig.2 .
En référence plus particulièrement à la Fig.1 , il est maintenant décrit de manière générale la configuration matérielle et fonctionnelle d'une forme de réalisation particulière 1 d'un système micro-hybride selon l'invention.
Comme montré à la Fig.1 , dans cette forme de réalisation particulière, le système micro-hybride 1 selon l'invention comprend essentiellement une machine électrique tournante 10, un convertisseur alternatif-continu (AC/DC) réversible 1 1 , un réservoir d'énergie électrique 12, un convertisseur de tension continu-continu (DC/DC) 13 et un microcontrôleur 14. Le système micro-hydride 1 est relié à un réseau de bord bi-tension du véhicule capable de fournir une tension continue basse Vb et une tension continue haute variable Vb+X.
La tension continue basse Vb est généralement celle de 12 V d'une batterie au plomb 2 équipant le véhicule. De préférence, la tension Vb pourra être utilisée pour alimenter dans le véhicule des consommateurs demandant une valeur de tension relativement stable, tels que les dispositifs d'éclairage et de signalisation.
Dans cette forme particulière de réalisation particulière, la tension continue Vb+X varie par exemple entre 12 et 60 V et est disponible aux bornes du réservoir d'énergie électrique 12 dont la charge en tension est dépendante du fonctionnement en freinage récupératif de la machine électrique tournante 10.
La tension Vb+X peut être utilisée prioritairement pour alimenter des consommateurs acceptant une tension variable tels que par exemple un dispositif de dégivrage. Cependant, dans certaines applications, la tension Vb+X pourra aussi être utilisée pour alimenter, à travers un convertisseur DC-DC dédié (non représenté), un consommateur demandant une tension continue stable, par exemple un dispositif autoradio alimenté sous 12 V. De plus, la tension Vb+X dans certaines applications est aussi utilisable pour alimenter avec une tension supérieure à 12 V la machine électrique tournante 10 fonctionnant en mode démarreur ou moteur.
Comme cela est représenté à la Fig.1 , la machine électrique tournante 10 est couplée mécanique, liaison 101 , à un moteur thermique 5 du véhicule. La machine 10 est une machine de type alterno-démarreur qui est ici de type triphasé et qui est apte à fonctionner également en mode de freinage récupératif et en mode d'assistance en couple. Dans le mode d'assistance en couple, la machine 10 fournit un couple mécanique additionnel pour la traction du véhicule en complément de celui fourni par le moteur thermique 5.
Le convertisseur AC/DC 11 est un dispositif réversible et permet, lorsque la machine électrique tournante 10 doit fonctionner en mode moteur, une alimentation de la machine 10 avec des tensions alternées triphasées obtenues à partir d'une tension continue présente aux bornes du réservoir d'énergie électrique 12, et, lorsque la machine électrique tournante 10 doit fonctionner en mode alternateur, un redressement sous la forme d'une tension continue redressée des tensions triphasées fournies par la machine 10. Cette tension continue redressée charge le réservoir d'énergie électrique 12 et, à travers le convertisseur DC-DC 13, la batterie 2.
Le réservoir d'énergie électrique 12 est ici un pack de condensateurs de très forte capacité. Ces condensateurs sont habituellement appelés «ucap» ou «supercondensateur» par les hommes du métier. Le réservoir 12 est désigné simplement supercondensateur 12 dans la suite de la description. Le supercondensateur 12 autorise, en se chargeant à la tension continue délivrée par le convertisseur AC/DC 1 1 , un stockage d'énergie électrique lorsque la machine électrique tournante 10 fonctionne en mode de freinage récupératif ou en mode alternateur. L'énergie stockée dans le supercondensateur 12 peut être restituée sur le réseau de tension Vb+X pour alimenter différents consommateurs et , dans certains cas, sur le réseau de tension Vb, à travers le convertisseur DC/DC 13, par exemple lorsque la machine 10 ne débite pas et que la batterie 2 est incapable de répondre à une sollicitation de pic de courant sur le réseau de tension Vb. De plus, l'énergie stockée dans le supercondensateur, comme déjà indiqué plus haut, peut être utilisée pour un démarrage du moteur thermique 5 ou une assistance en couple de celui-ci sous une tension Vb+X qui peut être très sensiblement supérieure aux 12 V classiques, facilitant ainsi une fourniture par la machine tournante 10 de couples mécaniques importants requis dans le cas de gros moteurs thermiques.
Le convertisseur DC/DC 13 est un dispositif réversible et permet, d'une part, un transfert d'énergie vers le réseau de tension Vb pour alimenter les consommateurs et charger la batterie 2 et, d'autre part, un transfert d'énergie dans le sens inverse à partir de la tension 12V de la batterie 2 pour charger le supercondensateur 12 si nécessaire et alimenter le convertisseur AC/DC 1 1 lorsque la machine tournante 10 fonctionne en moteur / démarreur.
Le micro-contrôleur 14 gère le fonctionnement du système micro- hybride 1 à partir d'informations représentatives de l'état interne du système micro-hybride 1 et de l'état du véhicule. Un module de stratégies de pilotage 140, décrit en détails plus bas dans la description, est implémenté dans le micro-contrôleur 14 de manière à piloter le système micro-hybride 1 en tenant compte de l'état interne de celui-ci et de l'état du véhicule Des informations d'état et des commandes peuvent ainsi être échangées entre le micro-contrôleur 14 et différents éléments fonctionnels du système microhybride 1 à travers des liaisons d'échange de signaux. Des liaisons d'échange de signaux L1 , L2 et L3 entre le micro-contrôleur 14 et les éléments 10, 1 1 et 13 sont représentées à titre d'exemple à la Fig.1 . Comme montré aussi à la Fig.1 , un bus de communication de données 3, par exemple de type CAN, est également prévu pour les échanges d'information entre le système micro-hybride 1 et le système 4 du véhicule. Des informations telles qu'un appui sur la pédale de frein ou sur la pédale d'accélérateur peuvent ainsi être transmises au système micro- hybride 1 par le système de véhicule 4 à travers le bus de communication de données 3.
En référence aux Figs.2 à 5, il est maintenant décrit en détail le module de stratégies de pilotage 140 du système micro-hybride 1 selon l'invention. Conformément à l'invention, le module de stratégies de pilotage
140 pilote la machine électrique tournante 10 en mode alternateur en fonction des consommations respectives des réseaux de bord de Vb+X et Vb et de la situation du véhicule, par exemple, si le véhicule circule en zone urbaine ou sur route. Dans cette forme de réalisation particulière de l'invention, les hypothèses suivantes sont adoptées :
1 - Si une ou plusieurs charges du coté Vb+X requiert une tension particulière pour fonctionner, il est supposé que cette valeur de tension est imposée par une demande externe du système de véhicule 4 au module de stratégies de pilotage 140 et elle est prise en compte en priorité.
2 - Le module de stratégies de pilotage 140 a accès a suffisamment de données pertinentes pour avoir un modèle interne fiable du véhicule. Dans le cas contraire, on supposera que les modes de fonctionnement seront imposés par une demande externe ou qu'il y a un mode de défaut. 3 - Les grandeurs de commande, à savoir les rapports cyclique du convertisseur AC/DC 11 en mode onduleur et du convertisseur DC/DC 13, sont représentatives de la consommation des réseaux électriques de bord Vb et Vb+X. 4 - Des cartographies de la machine électrique tournante 10 sont disponibles et donnent pour les différentes valeurs de la composante de tension fluctuante X de la tension Vb+X : le couple mécanique prélevé sur l'arbre du moteur thermique 5 : C1 méCa=CREGEN(X, δi%, NmachmΘ) ; le couple mécanique fournie à l'arbre du moteur thermique 5 : C2méca=CBOOST(X, δi%, NmachmΘ) ; le courant débité sur le réseau Vb+X : Ix=CDEBIT(X, δ-|%, Nmachine) ', le courant d'excitation correspondant : IΘX=PWM(X,
Où CREGEN, CBOOST correspondent respectivement aux cartographies pour la fonction de freinage récupératif désignée REGEN et la fonction d'assistance en couple désignée BOOST. De manière générale, les fonctions de freinage récupératif et d'assistance en couple sont désignées REGEN et BOOST dans toute la suite de la description.
Où CDEBIT et PWM correspondent respectivement aux cartographies pour le débit en courant Ix de la machine 10 en mode alternateur et pour le courant d'excitation IΘX à fournir au rotor de la machine 10 sous une forme modulée en largeur d'impulsion (PWM) dans cette forme de réalisation particulière.
Ou δ-ι% représente le rapport cyclique du courant d'excitation IΘX parcourant le rotor de la machine 10.
Par analogie, on notera pour la suite de la description que δ2% est le rapport cyclique du convertisseur DC/DC 13 entre les tensions Vb+X et la tension Vb.
Comme montré à la Fig. 2, le module de stratégies de pilotage 140 comporte notamment deux blocs 141 et 142 qui ont la charge d'établir des paramètres utilisés dans les automates de décision inclus dans le module et un bloc 143 qui est un bloc de machine d'état du système tournant (machine électrique tournante 10). Le bloc 141 désigné SUPERVISION VEHICULE détermine l'environnement du véhicule et définit l'utilisation de modes alternateur désignés mode 1 , mode 1 bis, mode 2, mode 2bis de la machine 10. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux quatre modes alternateur ci- dessus et, selon les applications, pourra inclure d'autres modes en nombre inférieur ou. Conformément à l'invention, toute combinaison des modes alternateur décrits ci-dessous est possible. Le bloc 141 a aussi la charge de générer les demandes de freinage récupératif d'origine interne en fonction de sa connaissance du véhicule ou d'origine externe pour un mode esclave piloté par le système de véhicule 4. Le bloc 141 est également apte à gérer des demandes externes pour des points de fonctionnement particuliers.
Le bloc 142 désigné SUPERVISION SECURITE SYSTEME définit des limites de fonctionnement du système. Pour cela, il se base sur une représentation interne de chaque sous-système ou sur une demande externe.
BLOC SUPERVISION VEHICULE 141
En référence plus particulièrement aux Figs.3 à 7, le bloc SUPERVISION VEHICULE 141 est maintenant décrit de manière détaillée.
Le bloc 141 comprend essentiellement des sous-blocs fonctionnels 1410, 141 1 , 1412, 1413, 1414 et 1415.
Il est également prévu dans le bloc 141 un sous-bloc (non représenté) pour la gestion des demandes externes qui sont transmises aux sous-blocs 1413, 1414 et 1415.
Les demandes externes comprennent de manière non limitative : une demande de mode alternateur particulier, une demande de freinage récupératif et une demande d'assistance en couple.
Le module de stratégies de pilotage 140 autorise donc des modes autonomes pour lesquels il détermine lui-même les modes de fonctionnement et des modes esclaves pour lesquels le système de véhicule 4 décide lui-même des paramètres à appliquer.
Sorties du bloc 141 Modes de fonctionnement :
Mode 1 : mode alternateur continu à une tension fixe Mode 1 bis : mode alternateur continu à la tension optimale Mode 2 : mode alternateur alterné entre deux valeurs Xmιn et Xmax de la composante de tension fluctuante X de la tension Vb+X
Mode 2bis : mode alternateur alterné par actions sur les fonctions REGEN et BOOST
Mode mixte : autorisation des modes 1 , 1 bis, 2, 2bis sur certaines plages de régimes Drapeaux d'autorisation :
FORE OK : mode freinage récupératif autorisé ou pas FOBO_OK : mode boost autorisé ou pas Consigne de couple :
Cregen : couple REGEN instantané Cboost : couple BOOST instantané
Entrées du bloc 141
- δ-ι% représente le rapport cyclique du courant d'excitation IΘX du rotor, qui pour une valeur de la composante de tension fluctuante
X donnée, est représentatif de la consommation du réseau Vb+X.
δ2% représente le « rapport cyclique » du convertisseur DC/DC 13, qui pour des valeurs de composante de tension fluctuante X et de tension et Vb données, est représentatif de la consommation du réseau Vb.
- Demande externe du système de véhicule 4 : o Mode_FR : Mode de freinage récupératif - Mode_FR = O : mode autonome
• Mode FR = 1 : mode esclave o Mode_BO : Mode de fonctionnement en assistance en couple (boost)
• Mode BO = O : mode autonome - Mode BO = 1 : mode esclave o Mode_AL : Mode de fonctionnement alternateur
• Mode AL = 0 : mode autonome
• Mode AL = 1 : mode esclave o Commande de couple CrΘgen o Commande de couple Cboost o Paramètres du mode alternateur (ALTER) imposé
Sous-bloc 1410 : Estimateur de situation véhicule
La charge du sous-bloc 1410 est de déterminer si le véhicule est en ville, sur route ou sur autoroute. Différentes stratégies de détection peuvent être utilisées et devront être choisies par l'homme du métier en fonction des applications. Dans un mode totalement esclave, ce bloc 1410 donne la possibilité au superviseur de véhicule de piloter des stratégies de « haut niveaux ».
Sous-bloc 141 1 : Mesures de mode REGEN
La charge de ce sous-bloc 141 1 est de centraliser toutes les mesures jugées utiles pour générer correctement une demande REGEN. Cela inclut entre autres :
- la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur thermique 5 (qui peut être estimée par la vitesse de la machine 10)
- le rapport engagé de la boite de vitesse du véhicule - le statut de l'embrayage du véhicule (soit par la boite de vitesse, soit par la pédale d'embrayage)
- la position de la pédale d'accélérateur du véhicule (pour la détection d'un frein moteur)
- la position de la pédale de frein du véhicule (pour la détection d'un frein mécanique)
- la vitesse linéaire du véhicule
- l'information « coupure d'injection » si elle est disponible dans le véhicule.
Sous-bloc 1413: Sélecteur de mode de fonctionnement Ce sous-bloc 1413 se base sur les informations ville, route, autoroute et la consommation électrique ou demande externe pour imposer un mode de fonctionnement alternateur. Dans cette forme de réalisation particulière, 4 modes de fonctionnement alternateur sont disponibles, à savoir : 2 modes permanents et 2 modes alternés. A ces 4 modes peut s'ajouter un mode mixte alternant entre les modes alternateur 1 x et 2x selon un critère dépendant de la plage de vitesse de la machine. Ces modes sont décrits de manière plus précise dans la suite de la description. En mode de fonctionnement autonome, la système choisit le
« meilleur » mode alternateur en fonction de la situation du véhicule et de sa consommation électrique représentée par les variables de commande δ-ι% et δ2%, respectivement pour le convertisseur AC/DC 1 1 en mode onduleur et le convertisseur DC/DC 13. Dans d'autres formes de réalisation, la seule prise en compte des consommations est aussi possible Le mode esclave alternateur (Mode_AL=1 ) impose, un mode alternateur défini par les paramètres ALTER.
Comme montré à la Fig.4, de manière schématique, on peut définir plusieurs zones A, B et C correspondant à des niveaux de consommation différents. On notera que le nombre de zones et la forme des séparations montrés à la Fig.4 ne sont pas limitatifs. Dans cette figure, δimaχ est fonction de la température de la machine 10 et de son électronique et δ2max est fonction de la température du convertisseur DC/DC 13. De plus, les zones peuvent éventuellement faire intervenir d'autres paramètres que la consommation respective des réseaux tels que le régime du moteur thermique 5 ou la puissance mécanique déjà prélevée sur l'arbre du moteur thermique 5.
Selon l'environnement détecté, certaines fonctions peuvent être inhibées et un mode de fonctionnement imposé. Par exemple, on peut définir en ville :
Figure imgf000016_0001
I c FORE OK= Vrai FOBO OK=faux Mode 1 bis
Par exemple, on peut définir sur route et autoroute
Figure imgf000017_0001
Cela vient essentiellement de considération thermique pour les supercondensateurs pour lesquelles on suppose un refroidissement plus facile sur route et sur autoroute.
Les tableaux ci-dessus sont des exemples qui bien entendu ne sont nullement limitatifs, les solutions retenues, le nombre de zones et les formes de ces zones dépendant pour beaucoup des configurations des véhicules. Ainsi, dans certaines formes de réalisation, il peut être prévu un mode alternateur alterné (2 ou 2bis) aussi en ville, dans certaines zones.
Sous-bloc 1414 : Générateur de demande REGEN
Ce bloc 1414 a la charge de générer les demandes de REGEN.
Pour toutes les fonctions électriques (REGEN et BOOST), le module 140 avertit le système du véhicule ou du moteur thermique 5 du couple qu'il prélève ou fournit sur l'arbre du moteur thermique 5 afin que celui-ci adopte son comportement.
La fonction REGEN s'exprime, selon les formes de réalisation, en couple à prélever sur l'arbre du moteur thermique 5 ou en puissance électrique récupérée. Dans la suite de la description, on supposera que la valeur fournie comme paramètre est un couple à prélever sur l'arbre du moteur thermique 5. De préférence, la valeur du paramètre « couple à prélever » pourra être actualisée par le donneur d'ordre externe autant de fois que nécessaire, jusqu'à la complétude de la mission. En cas de défaillance du sous-bloc 1411 , un mode dégradé esclave peut être immédiatement imposé si le système ne présente pas de défaillance composants.
Le sous-bloc 1414 dispose, d'une valeur maximale du couple à prélever appelée Cmax_dιsPo- Ce couple maximal correspond à la valeur maximale du couple que la machine 10 est capable de prélever sur l'arbre du moteur thermique 5. Il correspond donc aux courbes de débit maximum de la machine 10 fonctionnant en alternateur pour différentes valeurs de la composante de tension fluctuante X .
Cas des demandes externes
Typiquement, dans cette forme de réalisation, le comportement du sous- bloc 1414 est le suivant :
Mode autonome (Mode_FR=0) : Cregen = 0 => gestion par le système
Cregen > 0 => priorité à la demande externe sur la valeur calculée par le module 140.
Mode esclave (Mode_FR=1 ) : Cregen = 0 => pas de freinage récupératif
Cregen > 0 => cas normal
Cas des demandes internes
A tout moment et même en mode autonome, un donneur d'ordre externe peut demander une phase de REGEN qui prendra la main sur le calcul interne.
Le calcul interne donne comme résultat un pourcentage du couple
(~τnax_dιspo REGEN1
Les conditions logiques suivantes autorisent le mode REGEN1 :
- pédale de frein non activée (ou position inférieure à un certain seuil)
- ET (pédale d'accélérateur non activée OU vitesse négative de la pédale inférieure à un certain seuil négatif)
- ET embrayage fermé
- ET rapport de boite de vitesse > 1 - ET régime moteur > seuil paramétrable.
REGEN2
Les conditions logiques suivantes autorisent le mode REGEN2 : - pédale d'accélérateur > seuil paramétrable
- ET (embrayage ouvert ou rapport de boite sur neutre)
- ET (régime moteur > seuil paramétrable ou régime stabilisé pendant une certaine durée)
On notera que le mode REGEN2 peut être utile pour recharger les supercondensateurs sur un haut régime stabilisé, par exemple au dessus de 4000 tr/min. Ce mode peut être facilement désactivable en mettant des seuils inatteignables. Ce mode est un mode alternateur particulier. Ce n'est pas un mode de freinage récupératif à proprement parler.
Par ailleurs, on notera que d'autres conditions pourront être utilisées pour traquer d'autres phases utiles. Par exemple, pour limiter des prélèvements de couple trop importants lors de la définition d'un mode REGEN sur les accélérations détectées. On notera également qu'après le premier démarrage, la composante de tension fluctuante X est définie à Xmιn en attendant de pouvoir utiliser les fonctions élaborées de gestion de l'énergie. Dans cette forme de réalisation particulière, le mode REGEN est une combinaison OU logique de tous les sous-modes : REGEN OK = REGEN1 OU REGEN2.
De manière générale, comme cela apparaît dans les courbes de la Fig.5, si les conditions d'application du mode REGEN sont satisfaites, le pourcentage du couple maximal à appliquer dépend essentiellement du régime moteur, mais aussi de la vitesse linéaire du véhicule. Le couple de freinage récupératif à appliquer est donné par : CrΘgΘr, = Taux_couple *
>~'max_dιspo - La limitation en couple a pour but de rendre transparent le mode de freinage récupératif lorsque le régime moteur devient trop bas et que le risque d'étouffer le moteur augmente.
Sous-bloc 1412 : Mesures BOOST
De la même manière que le sous-bloc 141 1 définit les mesures nécessaires pour construire les ordres de REGEN, la charge de ce sous- bloc 1412 est de centraliser toutes les mesures jugées utiles pour générer correctement une demande BOOST d'assistance en couple. Cela inclut entre autres :
- la vitesse de rotation du vilebrequin (qui peut être estimée par la vitesse de la machine 10)
- le rapport engagé de boite de vitesse
- le statut de l'embrayage (soit par la boite de vitesse, soit par la pédale d'embrayage)
- la position de la pédale d'accélérateur (pour la détection d'une demande d'accélération)
- la position de la pédale de frein (pour sécuriser ce mode actionneur) - la vitesse linéaire du véhicule
- l'information « coupure d'injection » si elle est disponible (pour sécuriser ce mode actionneur).
Les mesures sont, à une symétrie prés, les mêmes que celles utilisées pour la fonction REGEN. Sous-bloc 1415 : Générateur de demande BOOST
De manière générale, II existe plusieurs phases de fonctionnement du véhicule dans lesquelles une assistance BOOST par un couple électrique peut être utile. Les trois cas les plus classiques sont les suivants:
1 - Lorsque le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur afin d'augmenter la vitesse linéaire de son véhicule sans changer de rapport de boite de vitesse. Suivant la valeur du couple électrique fourni, l'assistance (ou l'absence d'assistance) électrique peut éventuellement être détectée par le conducteur.
2 - L'assistance de régime ralenti : dans les cas où l'on dispose de suffisamment d'énergie et qu'il y a relativement peu de consommateurs, on peut assister le moteur thermique 5 afin qu'il diminue sa consigne de régime ralenti et/ou la quantité de carburant injecté.
3 - L'assistance de passage de vitesse : II s'agit d'une fonction d'agrément qui peut s'activer lorsque le conducteur change de rapport de boite de vitesse pour un rapport plus élevé : au collage de l'embrayage, le couple résistant lié au véhicule (couple à la roue, vitesse du véhicule, etc.) vient freiner le moteur. Il peut se produire alors une baisse de régime qu'il est possible de limiter grâce à ce mode de fonctionnement.
Au trois cas ci-dessus s'ajoute un mode de consommation électrique (BOOST_CONSO) pour réduire la quantité d'énergie stockée dans le supercondensateur. Conformément à ce mode, sur régime stabilisé et avec une transition progressive sur un temps suffisamment long, on peut appliquer un couple positif dont l'amplitude dépend de différentes conditions et qui ne doit pas être détectable par le conducteur.
Concernant, le sous-bloc 1415 de générateur de demande BOOST, ce sous-bloc a la charge de générer les demandes de BOOST. Il existe plusieurs situations qui peuvent demander un fonctionnement en mode moteur de la machine 10. On distingue les situations internes de consommation électrique afin de diminuer la quantité d'électricité stockée (cas assez rare) et les situations où l'on assiste le moteur thermique 5 en lui fournissant un couple mécanique soit pour l'aider à accélérer soit pour lui permettre de diminuer les quantités injectées de carburant (ce dernier cas suppose que le contrôle du moteur thermique 5 ait une précision importante sur des transitoires de régime).
Pour toutes les fonctions électriques (REGEN et BOOST), le module 140 avertit le superviseur du véhicule ou celui du moteur thermique 5 du couple qu'il prélève ou fournit sur l'arbre du moteur thermique 5 afin que celui-ci adopte son comportement. La fonction BOOST s'exprimera, selon les applications de l'invention, en couple à fournir à l'arbre du moteur thermique 5, en puissance mécanique à fournir ou en pourcentage du couple maximal disponible. Dans la suite de la description, on supposera sans que la valeur fournie en paramètre est un couple à fournir à l'arbre du moteur thermique 5.
Selon les formes de réalisation, la valeur du couple à fournir pourra être actualisée par le donneur d'ordre externe à chaque fois que cela est nécessaire, jusqu'à la complétude de la mission.
En cas de défaillance du sous-bloc 1412, un mode dégradé esclave peut être immédiatement imposé si le système ne présente pas de défaillance composants.
Le sous-bloc 1415 dispose, d'une valeur maximale du couple qu'il peut fournir appelée Cmax_dιsPo- Ce couple maximal correspond à la valeur maximale du couple que la machine est capable de fournir à l'arbre du moteur thermique 5. Il correspond donc aux courbes de couple maximal de la machine 10 fonctionnant en mode moteur pour différentes valeurs de la composante de tension fluctuante X.
Cas des demandes externes
Typiquement, dans cette forme de réalisation, le comportement du sous-bloc 1415 est le suivant :
Mode autonome (Mode_BO=0) : Cboost = 0 => gestion des assistances en couple BOOST par le système
Cboost > 0 => priorité à la demande externe sur la valeur calculée par le système
Mode esclave (Mode_BO=1 ) :
Cboost = 0 => pas d'assistance en couple BOOST
Cboost > 0 => cas normal
Cas des demandes internes
A tout moment et même en mode autonome, un donneur d'ordre externe peut demander une phase d'assistance BOOST qui prendra la main sur le calcul interne. Le calcul interne donne comme résultat un pourcentage du couple Cmaχ_dιsPo à appliquer.
BOOST1
Les conditions logiques suivantes autorisent le mode BOOST1 :
- pédale de frein non activée (ou position inférieure à un certain seuil)
- ET pédale d'accélérateur < certain seuil
- ET vitesse d'appuie sur pédale accélérateur > certain seuil - ET embrayage fermé
- ET rapport de boite de vitesse >= 1
- ET vitesse linéaire du véhicule < seuil paramétrable.
On notera que ce mode particulier permet de fournir un couple lorsque une accélération est demandée.
Dans ce cas, le pourcentage du couple maximal disponible à fournir obéit à une loi prédéterminée telle que celle montrée à titre d'exemple à la Fig.6.
BOOST2 Les conditions logiques suivantes autorisent le mode BOOST2 :
- pédale d'accélérateur non activée (ou inférieure à un certain seuil)
- ET (embrayage complètement ouvert ou rapport de boite sur neutre) - ET régime ralenti stabilisé pendant une certaine durée.
On notera que le système 1 peut intervenir en assistance en couple au ralenti afin de permettre de diminuer les quantités de carburant à injecter. Pour que ce mode reste transparent vis-à-vis du conducteur, il est préférable que le système du véhicule soit informé du couple fourni par le système 1 ou que le couple d'assistance de ralenti soit appliqué avec une boucle de régulation au moins 10 fois plus lente que la gestion du couple thermique.
Dans ce cas, le pourcentage du couple maximal disponible à fournir est dépendant du niveau de consommation et obéit à une loi prédéterminée telle que celle montrée à titre d'exemple à la Fig.7.
BOOST CONSO1
Les conditions logiques suivantes autorisent un mode
BOOST_CONSO1 :
- pédale de frein non activée (ou position inférieure à un certain seuil)
- ET pédale d'accélérateur activée > certain seuil - ET embrayage fermé
- ET rapport de boite de vitesse >= 2
- ET vitesse linéaire du véhicule > certain seuil
On notera que ce mode particulier permet de diminuer la tension du réseau Vb+X lorsque le véhicule est roule au dessus d'une certaine vitesse.
Ce mode ne doit pas être détectable, c'est pourquoi le couple qui sera appliqué est un couple limité. Conformément à l'invention, plusieurs approches sont possibles pour déterminer ce couple. Par exemple, le couple appliqué peut être constant et dépendant de paramètres système ou peut être variable selon d'autres considérations comme par exemple la vitesse du moteur thermique 5 :
Taux_couple = — vιde F mÊS- où NvldΘ(p) est la vitesse stabilisée
NvAP) - Nralenn du moteur thermique 5 correspondant à la position p de la pédale d'accélérateur lorsque le moteur thermique 5 est à vide.
Couple appliqué Cboost
Le mode CONSO pilote l'autorisation du BOOST_CONSO1 dans l'équation logique qui suit. Le pourcentage appliqué dépend du mode consommation autorisé mais l'autorisation de l'assistance en couple est donnée par le drapeau :
BOOSTJDK = BOOST1 OU BOOST2 OU [BOOST_CONSO1 ET CONSO]
Et le couple appliqué est :
Cboost = Taux_couple * Cmaχ_dιsPo
BLOC SECURITE SYSTEME 142
En référence plus particulièrement aux Figs.8 à 10, le bloc SECURITE SYSTEME 142 est maintenant décrit de manière détaillée.
Ce bloc 142 permet d'imposer des limites de fonctionnement sur la tension du réseau Vb+X en fonction de l'état interne du système micro- hybride 1.
Toutes les fonctions connues pouvant être disponibles dans des systèmes alterno-démarreur peuvent être concernées par ce bloc fonctionnel 142, à savoir : la fonction ARRÊT/MARCHE (STOP&GO), les fonctions ALTERNATEUR, REGEN, BOOST, et la fonction CONVERTISSEUR DC/DC. Il est rappelé ici que la fonction arrêt/marche désignée Stop & Go dans la suite de la description coupe le moteur thermique 5 sous certaines conditions et le redémarre automatiquement par exemple lors d'un appui sur la pédale d'accélérateur ou de l'engagement d'une vitesse. Sorties du bloc 142
Valeur minimale de la plage de fonctionnement : Xmιn Valeur de tension pour les calibrations / diagnostic : Xcahbration
Valeur maximale de la plage de fonctionnement : Xmax Valeurs de protection : Xprotection, leχ_max, CrΘgΘr,_max
Valeurs de SéCUrité ! Xsécuπtéj lex_maχj Cregen_max
Mode 3 = protection (logique booléenne) Mode 4 = sécurité (logique booléenne)
Mode 5 = calibration / diagnostic (logique booléenne)
Sous-bloc 1420 : Limites MARCHE/ARRÊT
Ce sous-bloc 1420 traduit les limitations de la tension à imposer au réseau en fonction de la température du système et dans l'application considérée. Se référer à la Fig.9. Schématiquement, sans que cela soit restrictif quant à la portée de l'invention, une limite inférieure correspond à la tension minimale de fonctionnement nominal (par exemple, être capable de réaliser un certain test comme entraîner le moteur thermique 2 fois pendant 1 seconde). Une limite supérieure correspond généralement à une limite de fiabilité par exemple, sur le courant maximal admissible par le convertisseur AC/DC 1 1.
Sous-bloc 1421 : Limites REGEN
De manière analogue au sous-bloc 1421 , ce sous-bloc 1421 traduit les limites d'utilisation maximales pour les fonctions REGEN et BOOST en fonction de la température du système et dans l'application considérée. Se référer à la Fig.1 O. Schématiquement, sans que cela soit limitatif, une limite inférieure correspond à la tension minimale de fonctionnement nominal en mode BOOST (par exemple, être capable de réaliser un certain test comme entraîner le moteur thermique en mode BOOST pendant 1 seconde puis un essai de redémarrage de 1 seconde). La limite supérieure correspond généralement à une limite de fiabilité liée à la fonction REGEN. Sous-bloc 1422 : Superviseur SUPERCONDENSATEUR
Le sous-bloc 1422 est un superviseur et a pour fonction de définir le niveau fonctionnel du supercondensateur 12. Il peut imposer un mode calibration / diagnostic et donc imposer un point de fonctionnement particulier.
Le sous-bloc 1422 préconise les valeurs des paramètres fonctionnels et les états d'activation des fonctions lorsque le composant dont il s'occupe n'est pas en état de fonctionner.
Sous-bloc 1423 : Superviseur MACHINE 10 / CONVERTISSEUR AC/DC H
Le sous-bloc 1423 est un superviseur qui a à charge de définir le niveau fonctionnel du convertisseur AC/DC 1 1 et de la machine 10. Il peut imposer un mode calibration / diagnostic et donc imposer un point de fonctionnement particulier. Il préconise les valeurs des paramètres fonctionnels et les états d'activation des fonctions lorsque le composant dont il s'occupe n'est pas en état de fonctionner.
Sous-bloc 1424 : Superviseur Convertisseur DC/DC 13
Le sous-bloc 1424 est un superviseur qui a à charge de définir le niveau fonctionnel du convertisseur DC/DC 13. Il peut imposer un mode calibration / diagnostic et donc imposer un point de fonctionnement particulier. Il préconise les valeurs des paramètres fonctionnels et les états d'activation des fonctions lorsque le composant dont il s'occupe n'est pas en état de fonctionner.
Sous-bloc 1425 : Superviseur batterie 2
Le sous-bloc 1425 est un superviseur qui a à charge de définir le niveau fonctionnel de la batterie. Il peut imposer un mode calibration / diagnostic et donc imposer un point de fonctionnement particulier. Il préconise les valeurs des paramètres fonctionnels et les états d'activation des fonctions lorsque le composant dont il s'occupe n'est pas en état de fonctionner.
Sous-bloc 1426 : Stratégies de sécu rité pour Vb+X
Le sous-bloc 1426 se base sur les états fonctionnels des sous- ensembles pour autoriser ou inhiber certaines fonctions ou leurs niveaux fonctionnels. II est supposé ici que les superviseurs permettent de définir 3 types de modes :
- mode OK correspondant à un niveau fonctionnel normal de classe A
- mode dégradé : correspondant à des modes de fonctionnement de classe B et classe C - mode KO : correspondant à des modes de fonctionnement de classe
D et classe E
Par défaut, les modes de sécurité et de protection sont désactivés (OFF). En cas d'activation du mode 3 dit de protection, la consigne appliquée est Xprotection si il n'y a pas de demande externe. En cas d'activation du mode 4 dit de sécurité, la consigne appliquée est Xsécuπté même s'il y a une demande externe. Les équations logiques qui donnent les valeurs des deux drapeaux correspondants peuvent être : PROTECTION = mode dégradé SUPERCONDENSATEUR OU mode dégradé CONVERTISSEUR AC/DC &
MACHINE
OU mode dégradé CONVERTISSEUR DC/DC OU mode dégradé BATTERIE
SECURITE = mode KO SUPERCONDENSATEUR
OU mode KO CONVERTISSEUR AC/DC & MACHINE OU mode KO CONVERTISSEUR DC/DC OU mode KO BATTERIE On notera que dans certaines formes de réalisation, le mode SECURITE peut éventuellement se déclencher si deux ou plusieurs modes dégradés sont déclarés. Bien entendu, les équations logiques ci-dessus sont données à titre d'exemple non limitatif.
BLOC MACHINE D'ETAT SYSTEME TOURNANT 143
En référence plus particulièrement aux Fig.1 1 , le bloc MACHINE D'ETAT SYSTEME TOURNANT 143 est maintenant décrit de manière détaillée.
Si la classe de fonctionnement est C, D ou E, le mode alternateur par défaut est le mode 1 ou 1 bis selon la stratégie adoptée. Les modes particuliers 3, 4 et 5 ne sont pas décrits ici.
Avant le premier démarrage et dans la phase de réveil du système, selon la tension mesurée des capacités les différents drapeaux sont initialisés :
1 — Xmax_regen > Xmes > Xmax_120° (CaS OU Xmax_regen > Xmax_120°)
CONSO=VRAI
ARRÊT_INTERDIT=VRAI ET ARRÊT_AUTORISE=FAUX DEM_120 °=VRAI (par sécurité)
2 - Xmax_120 ° > Xmes > Xmax CONSO=VRAI
ARRÊT_INTERDIT=FAUX ET ARRÊT_AUTORISE=VRAI DEM_120°=VRAI 3 - Xmes < Xmax
CONSO=FAUX
ARRÊTJNTERDIT=FAUX ET ARRÊT_AUTORISE=VRAI
DEM_120°=FAUX
La référence CONSO ci-dessus concerne un mode BOOST particulier exécuté pour consommer une énergie disponible dans le supercondensateur 12. La référence ARRÊT concerne le mode MARCHE/ARRÊT (dit habituellement « Stop&Go ») décrit plus haut dans la description. Les références DEM et 120° concernent un mode démarreur de la machine 10 dans lequel, en phase initiale du démarrage du moteur thermique 5, la machine 10 est alimentée avec des tensions triphasées dont les alternances sont limités à 120° afin notamment de limiter l'appel de courant dans la phase initiale du démarrage.
Processus 1 « ALTERNATEUR SELON MODE »
Dans ce mode, la régulation se fait selon le mode défini 1 , 1 bis, 2, 2bis ou mixte.
Après le premier démarrage et jusqu'à ce que les fonctions MARCHE/ARRÊT soient possibles, on impose le model , 1 bis ou 2bis s'il n'y a pas de mode esclave prioritaire.
Si les conditions du véhicule demande à changer de mode alternateur, la transition se fait en souplesse en adaptant les paramètres de contrôle selon des pentes ou d'autres types de trajectoire et en imposant durant la transition (si Xcons2 est le calcul de la nouvelle consigne) :
- Si Xcons2>Xcons1 alors (REG ENJDK=VRAI ET BOOST_OK=FAUX) et mode 1
- Si Xcons2 < Xconsi alors (REGEN_OK=FAUX ET BOOST_OK=VRAI) et mode 1 Ces conditions sont imposées jusqu'à ce que les conditions du mode choisie soient réalisées.
Si le mode CONSO (CONSO=VRAI) a été activé, il est nécessaire de diminuer la tension du supercondensateur. Différentes stratégies de consommations sont possibles et les moyens pour baisser la composante de tension fluctuante X dépendent aussi de la phase d'utilisation du véhicule.
Le moteur thermique étant tournant, les modes de consommation privilégiés sont : o 1 - Elever la tension du réseau Vb s'il y a des consommateurs et sans changer les modes alternateurs. o 2 - Modes BOOST normaux o 3 - Mode BOOST_CONSO afin d'accélérer la consommation
Le moteur thermique étant arrêté (selon la stratégie choisie) : o 1 - Mode démarrage 120° o 2 - Dissipation Joule (rotor ou stator) si mode de stationnement depuis « suffisamment » longtemps.
Selon la stratégie d'inhibition, quand la tension redescend en dessous du seuil maximal autorisé (Xmaχ_i2o°), le drapeau CONSO revient à la valeur FAUX ainsi que les drapeaux ARRÊT_INTERDIT=FAUX et ARRÊT_AUTORISE=VRAI. La partie algorithmique qui gère la fonction MARCHE/ARRÊT se déterminera par rapport au drapeau DEM_120°. Lorsque la tension descend dans la zone nominale (XmΘS < Xmax), le drapeau DEM_120° revient à FAUX.
On notera que dans la stratégie où la fonction ARRÊT est inhibée le cas où le moteur thermique est arrêté n'est possible que par une action sur la clé de contact. Cependant, en mode pilotage esclave, le superviseur du contrôle moteur peut demander un démarrage par le système 1 si les conditions le permettent. Ces démarrages « forcés » sont mémorisés sans en avertir le conducteur pour analyse future en maintenance. Dans la stratégie où l'on ne désire pas que la fonction ARRÊT soit inhibée, il faut choisir le seuil Xmax_rθgθn de la transition T24 (détaillée ci-dessous) inférieur à la tension maximale autorisant le démarrage 12O° Xmax_i2o°-
Transition T12
La transition T12 correspond au passage « ALTERNATEUR => REGEN » et s'active si et seulement si :
- FOREJDK = VRAI - ET REGEN_OK = VRAI
- ET Cregen > SΘUil
On notera que la fonction REGEN peut être activée sous certaines limitations même dans les modes 3, 4 et 5.
Transition T13
La transition T13 correspond au passage « ALTERNATEUR => BOOST » et s'active si et seulement si :
- FOBOJDK = VRAI
- ET BOOSTJDK = VRAI - ET Cboost > seuil Processus 2 REGEN
C'est un processus itératif car la composante de tension fluctuante X varie avec l'augmentation du rapport cyclique et les paramètres de commande doivent être adaptés pour maintenir la consigne de couple.
Transition T21
La transition T21 correspond au passage « REGEN => ALTERNATEUR » et s'active si et seulement si : - REGENJDK = FAUX
- OU Cregen < SΘUil
Transition T23
La transition T23 correspond au passage « REGEN => BOOST » et s'active si et seulement si :
- FOBOJDK = VRAI
- ET BOOSTJDK = VRAI
- ET Cboost > seuil
Transition T24
La transition T24 correspond au passage « REGEN => CONSO » et s'active si et seulement si :
-^mes > -^max_regen
Pour autoriser la fonction MARCHE/ARRÊT, ce seuil Xmax_rθgθn doit être choisi comme étant inférieur à la limite maximale de redémarrage (Xmax_rθgθn < Xmax_i2o°) en prenant certaines protections telles que le démarrage 120°. Si l'on veut maximiser la capacité de freinage récupératif (Xmax_rθgθn > Xmax_i2o°), il est nécessaire d'inhiber la fonction MARCHE/ARRÊT tant que la tension ne redescend pas en dessous du seuil de sécurité Xmaχ_i2o°-
Processus 3 BOOST Le processus BOOST correspond à un passage dans un mode actionneur (assistance en couple) avec comme consigne la valeur du couple Cboost- C'est un processus itératif car la composante de tension fluctuante X diminuant avec le temps, il est nécessaire d'adapter les paramètres de commande pour maintenir la consigne de couple. L'application du couple se fait d'une manière progressive afin que les accoups ne soit pas perceptibles.
Transition T31 La transition T31 correspond au passage « BOOST =>
ALTERNATEUR » et s'active si et seulement si :
- FOBOJDK = FAUX
- OU BOOSTJDK = FAUX
- OU Cboost < seuil
Transition T32
La transition T32 correspond au passage « BOOST => REGEN » et s'active si et seulement si :
- FOREJDK = VRAI - ET REGENJDK = VRAI
- ET Cregen > SΘUil
Processus 4 CONSO
Ce processus n'intervient que si la tension finale après un freinage récupératif est supérieure à un certain seuil. Les moyens pour baisser la composante de tension fluctuante X dépendent de la phase d'utilisation du véhicule et ont été décrit ci-dessus dans le processus 1 .
Le passage dans ce processus est mémorisé grâce à un drapeau : CONSO=VRAI et selon la stratégie choisie, la fonction MARCHE/ARRÊT est soit inhibée par l'intermédiaire d'un autre drapeau ARRÊTJNTERDIT = VRAI soit limitée par une mode démarrage 120° au travers du drapeau DEM_120°=VRAI.
Transition T41 La transition T41 correspond au passage « CONSO => ALTERNATEUR ».
DESCRIPTION DES MODES ALTERNATEUR Dans la description qui suit de différents modes alternateur, on considère que les variables Xmιn et Xmax sont des sorties du bloc SECURITE SYSTEME ou bien des variables internes à chaque mode. Bien entendu, il s'agit là d'un exemple particulier de réalisation qui ne limite en rein la portée de la présente invention.
MODE 1
II s'agit d'un mode alternateur dans lequel la composante de tension fluctuante X est fixée à une valeur déterminée indiquée par une consigne.
La tension de consigne peut être une valeur médiane ou être imposée par le superviseur de véhicule ou même dépendre de l'application sans que cela limite en soit ce mode de fonctionnement.
Dans ce mode 1 , les conditions suivantes s'appliquent sur les modes REGEN et BOOST :
Si XmΘS >= Xcons alors (BOOSTJDK = VRAI ET REGEN_OK = FAUX)
Si XmΘS <= Xcons alors (BOOSTJDK = FAUX ET REGENJDK = VRAI) La tension de consigne peut donc être une valeur médiane entre
Xmιn et Xmax. Cependant, selon les applications, la tension de consigne pourra être plus proche de Xmιn s'il y a davantage de consommateurs sur le réseau Vb ou bien plus proche de Xmax s'il y a davantage de consommateurs sur le réseau Vb+X .
MODE 1 bis
II s'agit d'un mode alternateur dans lequel la composante de tension fluctuante X est fixée à une valeur optimale. Les conditions suivantes s'appliquent sur les modes REGEN et BOOST :
Si XmΘS >= Xcons alors (BOOSTJDK = VRAI ET REGEN_OK = FAUX) Si XmΘS <= Xcons alors (BOOSTJDK = FAUX ET REGENJDK =
VRAI)
Le calcul de la valeur optimale peut se faire par modélisation, par cartographie ou par interpolation afin de trouver la tension fixe qui est optimale au sens de la conversion de l'énergie électrique. A cette fin, des cartographies de rendements pour le convertisseur AC/DC en mode onduleur et pour le convertisseur DC/DC pourront être utilisées. La routine de calcul ou la cartographie trouve alors la composante de tension fluctuante X qui optimise le rendement global r1 %*r2% en fonction des estimations des consommations PCOnsoi4v et p∞nso+x- La consigne n'est donc pas fixe et s'adapte au changement de consommation électrique.
On notera que le rendement alternateur M % dépend en premier ordre de la composante de tension fluctuante X, de la vitesse de rotation de la machine et du courant débité, alors que le rendement r2% du convertisseur DC/DC dépend de l'écart de tension entre les 2 réseaux de tension et du débit sur le réseau Vb. Les maximums de rendements correspondent donc rarement à la même composante de tension fluctuante X et la tension choisie sera donc généralement une valeur de compromis.
MODE 2
II s'agit d'un mode alternateur dit forcé alterné dans lequel la tension de consigne devient Xmιn dès que la tension mesurée arrive à Xmax. Il s'agit d'un mode de type « bande-bande » entre les tensions Xmm et Xmaχ.
Les conditions suivantes s'appliquent sur les modes REGEN et BOOST :
Si XmΘS >= Xmax alors (BOOSTJDK = VRAI ET REGENJDK = FAUX) Si XmΘS <= Xmιn alors (BOOSTJDK = FAUX ET REGENJDK = VRAI) MODE 2bis
II s'agit d'un mode alternateur dit libre alterné sans aucune consigne entre Xmιn et Xm3χ . Ce mode alterné est efficace si les consommateurs sont peu nombreux et les phases de freinage récupératif nombreuses. Dès que la consommation augmente, il est souvent préférable de passer sur un autre mode alternateur.
Les conditions suivantes s'appliquent sur les modes REGEN et
BOOST :
Si XmΘS >= Xmax alors (BOOSTJDK = VRAI ET REGEN_OK = FAUX)
Si XmΘS <= Xmιn alors (BOOSTJDK = FAUX ET REGENJDK = VRAI)
MODE mixte
II s'agit d'un mode alternateur dit sur plage de vitesse. Si la capacité de stockage de l'énergie électrique (supercondensateur) et suffisante au regard des consommations électriques, il est possible d'envisager l'application d'un mode alternateur seulement sur certaines plages de vitesse, en mélangeant plusieurs des modes alternateur déjà décrits. Dans cette forme de réalisation particulière, les conditions suivantes caractérisent ce mode mixte :
Si N > Nmax alors (REGENJDK=VRAI ET BOOSTJDK = FAUX)
Si N < Nmax alors mode 1 bis
Ce mode mixte permet de ne passer en mode alternateur que sur des plages de régime moteur intéressantes du point de vue du rendement de la machine électrique tournante. On notera que le mode 2bis peut dans certains cas remplacer avantageusement le mode 1 bis pour une utilisation sur route ou autoroute.
Bien entendu , la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ci-dessus et peut donner lieu selon les applications à différentes variantes et modifications. Ainsi, dans certaines applications de l'invention, le module de stratégies de pilotage est capable de fournir au système du véhicule des informations sur les équipements externes à piloter en fonction de sa connaissance de la situation / état du véhicule. Par exemple, le module peut indiquer au système du véhicule que le compresseur de climatisation est utilisable avec davantage de puissance lorsque le module a connaissance d'un bon rendement du moteur thermique ou lorsque le système micro-hybride est dans un mode REGEN impliquant une disponibilité d'énergie.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système micro-hybride pour véhicule de transport comprenant une machine électrique tournante (10) apte à être couplée mécaniquement à un moteur (5) dudit véhicule, un convertisseur alternatif-continu (1 1 ), un convertisseur continu-continu (12), des premier (12) et second (2) réservoirs d'énergie électrique aptes à stocker une énergie électrique produite par ladite machine électrique tournante (10) et à restituer celle-ci pour des dispositifs consommateurs équipant ledit véhicule, et des moyens de commande (14) pour commander le fonctionnement dudit système micro-hybride, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (14) comprennent des moyens de pilotage (140) à la fois aptes à piloter de manière autonome des modes de fonctionnement (ALTERNATEUR, REGEN, BOOST) du système micro-hybride selon une pluralité de stratégies en fonction au moins de leur propre connaissance d'un état interne du système micro-hybride et d'un état du véhicule et aptes à piloter en esclave lesdits modes de fonctionnement (ALTERNATEUR, REGEN, BOOST) conformément à des instructions contenues dans des demandes externes provenant d'un système du véhicule.
2. Système micro-hybride selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage (140) comprennent des moyens de supervision (141 ) qui déterminent une situation du véhicule et autorisent et définissent au moins partiellement au moins un desdits modes de fonctionnement (ALTERNATEUR, REGEN, BOOST) du système micro-hybride en tenant compte de ladite détermination de la situation du véhicule et/ou de demandes externes provenant d'un système du véhicule.
3. Système micro-hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de supervision (141 ) comprennent des moyens (1410) pour estimer une situation du véhicule parmi au moins l'une des situations suivantes :
- le véhicule est dans un environnement urbain,
- le véhicule est sur route, - le véhicule est sur autoroute.
4. Système micro-hybride selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de supervision (141 ) comprennent des moyens (1413) pour autoriser et sélectionner un mode de fonctionnement en alternateur de ladite machine électrique tournante (10) parmi plusieurs modes de fonctionnement en alternateur disponibles (modes 1 , 1 bis, 2, 2bis, mixte) en tenant compte au moins de ladite situation du véhicule.
5. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de supervision (141 ) comprennent des moyens (FORE_OK, 1414, 141 1 ) pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de ladite machine électrique tournante (10).
6. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de supervision (141 ) comprennent des moyens (FOBO_OK, 1415, 1412) pour autoriser et définir un mode de fonctionnement d'assistance en couple de ladite machine électrique tournante (10).
7. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage (140) comprennent des moyens de sécurité (142) qui définissent au moins une limite de fonctionnement du système micro-hybride à partir d'une représentation interne d'au moins une partie des éléments fonctionnels du système microhybride et/ou d'une demande externe provenant d'un système du véhicule.
8. Système micro-hybride selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite au moins une limite de fonctionnement est comprise dans les limites de fonctionnement suivantes du système micro-hybride : des valeurs minimale et maximale de plage de fonctionnement d'une composante de tension fluctuante (X) du système micro-hybride (Xmιn, Xmax), des valeurs de calibration / diagnostic (Xcaiιbratιon), de protection (Xprotection) et de sécurité (Xsécuπté) de ladite composante de tension fluctuante (X), une valeur maximale (lΘX_max) d'un courant d'excitation d'un rotor de ladite machine électrique tournante (10) et une valeur maximale (CrΘgΘr,_max) d'un couple mécanique à prélever dans un mode de freinage récupératif (REGEN) de ladite machine électrique tournante (10).
9. Système micro-hybride selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite représentation interne couvre au moins les éléments fonctionnels suivants : ladite machine électrique tournante (10), ledit convertisseur alternatif-continu (1 1 ), ledit convertisseur continu-continu (13) et lesdits premier (12) et second (2) réservoirs d'énergie électrique.
10. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage (140) comprennent des moyens à machine d'état (ALTERNATEUR, REGEN, BOOST, BOOST_CONSO)) autorisant des transitions (T) entre lesdits modes de fonctionnement du système micro-hybride en fonction au moins d'informations de supervision et d'informations de sécurité produites par lesdits moyens de pilotage (140).
11. Système micro-hybride selon la revendication 10, l'une quelconque des revendications 3 à 7 et l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdites informations de supervision et informations de sécurité sont fournies respectivement par lesdits moyens de supervision (141 ) et moyens de sécurité (142).
12. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à
11. caractérisé en ce que lesdits modes de fonctionnement comprennent les modes suivants :
- au moins un mode alternateur (ALTERNATEUR ; modes 1 , 1 bis, 2, 2bis, mixte) ;
- au moins un mode de freinage récupératif (REGEN ; REGEN1 , REGEN2) ; et
- au moins un mode d'assistance en couple (BOOST ; BOOST1 , BOOST2, BOOST_CONSO).
13. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits modes de fonctionnement comprennent au moins un des cinq modes alternateur suivants :
- un mode alternateur (mode 1 ) dans lequel une composante de tension fluctuante est fixée à une valeur déterminée indiquée par une consigne ;
- un mode alternateur (mode 1 bis) dans lequel ladite composante de tension fluctuante (X) est fixée à une valeur optimale ;
- un mode alternateur (mode 2) dans lequel ladite consigne passe à une valeur minimale (Xmιn) lorsque ladite composante de tension fluctuante mesurée atteint une valeur maximale (Xmaχ) ;
- un mode alternateur (mode 2bis) dans lequel aucune consigne n'est fixée entre des valeurs minimale (Xmm) et maximale (Xmaχ) de ladite composante de tension fluctuante ; et - un mode alternateur mixte (mode mixte) comprenant au moins deux des modes ci-dessus sur des plages de vitesse de fonctionnement différente de ladite machine électrique tournante (10).
14. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce que lesdits modes de fonctionnement comprennent au moins un des trois modes d'assistance en couple suivants :
- un mode d'assistance en couple (BOOST1 ) intervenant consécutivement à un appui sur une pédale d'accélérateur du véhicule ;
- un mode d'assistance en couple (BOOST2) intervenant sur un régime de ralenti du moteur ;
- un mode d'assistance en couple intervenant lors d'un changement de rapport dans une boite de vitesse du véhicule ; et - un mode d'assistance en couple (BOOST_CONSO) visant à consommer une énergie électrique stockée disponible dans au moins un desdits réservoirs d'énergie électrique.
15. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que au moins l'un desdits premier et second réservoirs d'énergie électrique comprend au moins un supercondensateur (12).
16. Système micro-hybride selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit réservoir d'énergie électrique comprenant un supercondensateur (12) alimente un réseau de bord sous une tension continue (Vb+X) comportant une composante de tension fluctuante (X), et l'autre réservoir d'énergie électrique (2) alimente un autre réseau de bord sous une tension continue sensiblement stable (Vb).
17. Système micro-hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit module de stratégies de pilotage comporte des moyens pour fournir à un système du véhicule des informations sur des équipements externes à piloter en fonction de sa connaissance de la situation / état du véhicule.
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