FR3147977A1 - Procédé de pilotage d’un véhicule automobile comprenant plusieurs essieux équipés de groupes motopropulseurs indépendants, et véhicule automobile correspondant - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé de pilotage d’un véhicule automobile comportant un premier groupe motopropulseur présentant un temps de réaction supérieur à celui d’un second, le procédé comprenant des étapes de : - acquisition d’une requête générale relative à un couple total que les groupes motopropulseurs doivent transmettre aux roues, - répartition de ladite requête générale en consignes particulières affectées chacune à l’un des groupes motopropulseurs, et - pilotage des groupes motopropulseurs selon lesdits consignes particulières. Selon l’invention, à l’étape de répartition, lorsque la consigne particulière affectée au premier groupe motopropulseur varie, il est prévu de : - déterminer la part (CNF) de consigne particulière non effectuée par le premier groupe motopropulseur du fait de son temps de réaction, - accroître la consigne particulière affectée au second groupe motopropulseur d’une partie au moins de ladite part. Figure pour l’abrégé : Fig.5

Description

Procédé de pilotage d’un véhicule automobile comprenant plusieurs essieux équipés de groupes motopropulseurs indépendants, et véhicule automobile correspondant Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne de manière générale la commande des groupes motopropulseurs de véhicules automobiles.

Elle concerne plus particulièrement un véhicule automobile comportant plusieurs essieux indépendants et équipés chacun d’un groupe motopropulseur et d’éléments roulants (typiquement des roues), un premier des groupes motopropulseurs présentant un temps de réaction supérieur à celui d’un second des groupes motopropulseurs.

L’invention porte en pratique sur un procédé de pilotage d’un tel véhicule mis en œuvre par un calculateur embarqué, comportant des étapes de :
- acquisition d’une requête générale relative à un couple total que les groupes motopropulseurs doivent transmettre aux éléments roulants,
- répartition de ladite requête générale en consignes particulières affectées chacune à l’un des groupes motopropulseurs, et
- pilotage des groupes motopropulseurs selon lesdits consignes particulières.

Etat de la technique

Un véhicule automobile comporte généralement au moins deux essieux et au moins deux roues par essieu. Typiquement, une voiture comporte quatre roues réparties sur deux essieux.

Une telle voiture peut comporter deux ou quatre roues motrices.

Dans le cas des voitures à quatre roues motrices, il était courant d’utiliser un arbre de transmission entre les deux essieux afin de les coupler à un seul et même moteur à combustion interne.

Désormais, avec l’avènement des véhicules hybrides ou électriques, une autre solution consiste à découpler les deux essieux et à prévoir un groupe motopropulseur sur chaque essieu.

Dans un véhicule hybride, l’un de ces groupes motopropulseurs comporte une machine électrique tandis que l’autre comporte à minima un moteur à combustion interne. Ce moteur à combustion interne peut parfois être associé aussi à une machine électrique de traction ou d’agrément le rendant lui-même hybride.

Dans un véhicule électrique, les deux groupes motopropulseurs comportent une machine électrique de traction. Dans ce cas, il est possible d’utiliser des machines électriques aux propriétés différentes mais ces dernières partagent souvent des batteries d’accumulateurs communs aux deux machines.

Dans tous les cas, la difficulté réside alors dans le pilotage des différents groupes motopropulseurs afin d’assurer au véhicule une bonne stabilité et une répartition adéquate du couple (moteur ou de freinage) entre les deux essieux.

En pratique, on utilise alors une loi de commande pour assurer cette répartition de couples entre les différentes machines de traction employées.

Une telle loi de commande n’est toutefois pas optimale, notamment du point de vue de la réactivité des groupes motopropulseurs.

En effet, la réactivité naturelle d’un moteur à combustion interne est largement plus faible que celle d’une machine électrique de traction. De plus, la machine électrique est reliée aux roues en prise directe sans organe intermédiaire de glissement alors que le moteur à combustion interne nécessite un système d’embrayage pour transmettre son couple à la boite de vitesses. Ce système d’embrayage est aussi une source de retard de réactivité en couple appliqué à la roue puisqu’une partie du couple moteur produit est dissipée en glissement dans l’embrayage pour ajuster les vitesses moteur et roues.

Présentation de l'invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose de tirer parti des propriétés différentes des machines de traction pour accroître la réactivité du véhicule.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de pilotage tel que défini dans l’introduction, dans lequel, à l’étape de répartition, lorsque la consigne particulière affectée au premier groupe motopropulseur (celui ayant le temps de réaction le plus grand) varie, il est prévu de :
- déterminer la part de consigne particulière non effectuée par le premier groupe motopropulseur du fait de son temps de réaction, et
- accroître la consigne particulière affectée au second groupe motopropulseur d’une partie au moins de ladite part.

Ainsi, grâce à l’invention, lorsqu’une première des machines de traction est plus lente qu’une seconde, dès que le couple que cette première machine de traction doit exercer varie sensiblement, il est possible de compenser le couple que cette première machine n’est pas directement en mesure d’exercer du fait de son temps de réaction important en utilisant la seconde machine de traction (qui est plus rapide).

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- la consigne particulière affectée au second groupe motopropulseur est accrue de l’intégralité de ladite part ;
- ladite part est déterminée en fonction d’une inertie du premier groupe motopropulseur ;
- ladite inertie présente une valeur fixe prédéterminée ;
- ladite inertie présente une valeur variable, déterminée en fonction de données de configuration du premier groupe motopropulseur ;
- ladite part est déterminée en fonction d’une accélération subie par une pièce mobile du premier groupe motopropulseur ;
- il est prévu en outre des étapes de :
¤ acquisition d’un potentiel maximal de traction et/ou d’un potentiel minimal de décélération que l’un au moins des groupes motopropulseurs peut transmettre aux éléments roulants,
¤ sélection d’un mode de conduite parmi plusieurs modes de conduite prédéterminés,
¤ détermination d’une valeur préventive pour l’une première des consignes particulières, permettant d’éviter a priori le glissement des éléments roulants du véhicule automobile sur le sol,
¤ priorisation d’un critère de motricité des éléments roulants ou d’un critère de consommation énergétique des groupes motopropulseurs, en fonction au moins du mode de conduite sélectionné,
¤ définition d’une gamme de valeurs utilisables pour la première consigne particulière en fonction de la valeur préventive si le critère de motricité est priorisé, et en fonction dudit potentiel maximal de traction et/ou minimal de décélération si le critère de consommation énergétique est priorisé, et
¤ définition d’une gamme de valeurs utilisables pour la première consigne particulière en fonction du mode de conduite, de la valeur préventive et dudit potentiel maximal de traction et/ou dudit potentiel minimal de décélération, et
dans lequel les consignes particulières sont déterminées de façon que la valeur de la première consigne particulière soit comprise dans ladite gamme de valeurs ;
- ladite part est ajoutée à la valeur préventive.

L’invention propose également un véhicule automobile tel que défini en introduction, dont le calculateur est programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage tel que précité.

Préférentiellement, seul le premier groupe motopropulseur comporte un embrayage mécanique.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description détaillée de l'invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés :

est une vue schématique de dessus d’un véhicule automobile conforme à l’invention ;

est une vue schématique des différentes étapes d’un procédé de pilotage de groupes motopropulseurs du véhicule automobile de la ;

est un premier diagramme illustrant des conditions permettant de déterminer quelle stratégie privilégier pour la mise en œuvre du procédé représenté sur la ;

est un second diagramme illustrant un mode de calcul d’un couple préventif utile à la mise en œuvre du procédé représenté sur la ;

est un troisième diagramme illustrant un exemple de correction du couple préventif de la ;

est un quatrième diagramme illustrant le calcul d’un couple curatif utile à la mise en œuvre du procédé représenté sur la ;

est un cinquième diagramme illustrant un autre mode de calcul d’un couple préventif utile à la mise en œuvre du procédé représenté sur la ;

est un sixième diagramme illustrant la détermination d’une gamme de couples utilisables utile à la mise en œuvre du procédé représenté sur la ;

est un septième diagramme illustrant la détermination des consignes de couples à transmettre aux groupes motopropulseurs du véhicule automobile de la .

Sur la , on a représenté un véhicule automobile 1.

Il pourrait s’agir de tout type de véhicule roulant (voiture, camion, bus…).

Ce véhicule automobile 1 comporte classiquement un châssis et des éléments roulants (roues, chenillettes…) répartis sur plusieurs essieux.

De façon très générale, ce véhicule automobile 1 pourrait comporter un nombre quelconque d’essieux supérieur ou égal à deux.

On nommerait alors « train avant » tout ensemble d’éléments roulants et d’essieu placé devant le centre de gravité CG du véhicule automobile 1 (en considérant le sens d’avance du véhicule en marche avant) et « train arrière » tout ensemble placé derrière ce centre de gravité CG.

Dans la suite, on considérera seulement les trains motorisés, c’est-à-dire les trains dont les éléments roulants sont susceptibles d’être entraînés en mouvement par une machine de traction. On considérera en outre que les trains sont tous découplés, ce qui signifie qu’aucun arbre de transmission mécanique ne relie l’un des essieux considérés à l’autre.

Chaque train d’essieu motorisé est équipé d’un groupe motopropulseur qui lui est propre (ce qui n’empêche pas que ces groupes utilisent la même source d’énergie).

Typiquement, un tel groupe motopropulseur pourra être purement thermique, ou purement électrique ou hybride.

On entend par groupe motopropulseur thermique un ensemble comportant au moins un moteur à combustion interne accouplé à une chaîne de traction comportant par exemple une boîte de vitesse (automatique ou manuelle ou encore de type e-tech…), éventuellement un embrayage, et un différentiel.

On entend par groupe motopropulseur électrique un ensemble comportant au moins une machine électrique (pouvant avoir une fonction de moteur et, de préférence aussi, d’alternateur) accouplée à un éventuel réducteur de vitesses et à un différentiel.

On entend par groupe motopropulseur hybride un ensemble comportant au moins un moteur à combustion interne et au moins une machine électrique, accouplés à une chaîne de traction telle que précité.

On notera que dans la suite, le terme « machine de traction » pourra désigner tant un moteur à combustion interne qu’une machine électrique.

Dans l’exemple représenté sur la et qui sera plus précisément considéré dans la suite par simplification, le véhicule automobile 1 comporte exactement deux essieux 10, 20 motorisés, dont un essieu avant 10 équipé de deux roues avant 12 et d’un groupe motopropulseur avant 11, et un essieu arrière 20 équipé de deux roues arrière 22 et d’un groupe motopropulseur arrière 21.

A titre illustratif, le groupe motopropulseur avant 11 peut être du type hybride (avec un moteur thermique couplé à une machine électrique de traction complémentaire) tandis que celui arrière peut être électrique. La source de courant électrique peut être soit une batterie haute tension (à 400 ou 800 V par exemple), soit une batterie basse tension (à 48V par exemple). Dans tous les cas, on notera qu’ici, le groupe motopropulseur avant 11 reste celui qui possède la plus grande capacité cumulée en couple et la plus grande autonomie puisqu’il est hybride. Il sera donc considéré comme le train principal. Le groupe motopropulseur arrière 21 est quant à lui plus faible en couple délivrable et son autonomie dépend directement de la taille de la batterie d’accumulateurs. Il sera donc considéré comme le train secondaire.

En variante, le groupe motopropulseur avant 11 pourrait être du type thermique, tandis que celui arrière pourrait être électrique, avec une batterie basse tension (de 48V) de capacité faible. Encore en variante, le groupe motopropulseur avant 11 pourrait comporter une machine électrique alimentée par une batterie à plus haute tension (400V par exemple) et de capacité plus grande que la batterie basse tension. Dans ces deux variantes, le groupe motopropulseur arrière 21 pourrait alors jouer un rôle d’alterno-démarreur et de moteur pendant des durées réduites. Le train avant serait donc le train principal.

De façon plus générale, le train principal sera celui dont le groupe motopropulseur a la plus grande capacité en couple et la plus grande autonomie (tous pleins faits, c’est-à-dire lorsque les moyens de stockage d’électricité et/ou de carburant sont remplis).

Si l’essieu avant 10 est équipé d’un moteur à combustion interne, d’une boîte de vitesse et d’un embrayage, le passage d’un couple nul à un couple non nul nécessite du temps. Autrement dit, le temps de réaction du groupe motopropulseur avant est plus grand que celui du groupe motopropulseur arrière. Plus généralement, le passage d’une valeur de couple à une autre se fait lentement, si bien qu’on peut qualifier cet essieu avant 10 de « lent ». Au contraire, l’essieu arrière 20 pourra être qualifié d’essieu « rapide ».

Bien entendu, la configuration illustrée sur la est donnée à titre d’exemple uniquement, et en variante, le véhicule pourrait être configuré autrement.

Le véhicule automobile 1 comporte par ailleurs des éléments de carrosserie et de vitrage qui délimitent avec le châssis un habitacle pouvant recevoir au moins un occupant.

Dans cet habitacle, le véhicule comporte un poste de conduite équipé d’interfaces Homme-machine.

Typiquement, le véhicule comporte un volant.

Il comporte ici en outre des moyens permettant de sélectionner un mode de conduite parmi plusieurs. Ces moyens sont manuels et peuvent par exemple se présenter sous la forme d’une molette 8, ou d’un écran tactile piloté pour afficher un menu correspondant.

Ici, ces moyens permettent de sélectionner des modes de conduite parmi les suivants :
- économique,
- confort,
- sportif,
- neige,
- terrain dégradé,
- boue,
- sable,
- hors-route,
- tout-terrain.

Bien entendu, en variante ou en complément, d’autres modes de conduite auraient pu être utilisés.

Également en variante, le mode de conduite pourrait être sélectionné non pas manuellement, mais de manière automatique (par exemple en fonction de la position géolocalisée du véhicule, du comportement du conducteur, de la météo, d’images de l’environnement…).

Le véhicule comporte par ailleurs une unité électronique et/ou informatique de traitement de données. Il s’agira ici d’un calculateur 9 qui comporte un processeur, une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie.

Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 9 est adapté à recevoir des données de la molette 8 et de capteurs 7 embarqués dans le véhicule, permettant par exemple de mesurer la vitesse du véhicule automobile 1, l’angle de braquage du volant ou des roues directrices, l’accélération longitudinale ou latérale subie par le véhicule…

Grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 9 est adapté à commander les différents groupes motopropulseurs 11, 21.

Grâce à sa mémoire, le calculateur 9 mémorise une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.

Avant de décrire en détail le procédé mis en œuvre par le calculateur 9, on peut définir quelques notions qui seront utiles dans la suite de ce procédé.

La « motricité » du véhicule sera définie comme la capacité des essieux à assurer l’accélération ou le freinage du véhicule automobile 1 sans que leurs pneus glissent sur le sol.

L’ « efficience énergétique » du véhicule sera définie comme le rendement de l’ensemble des groupes motopropulseur du véhicule. En pratique, privilégier l’efficience énergétique reviendra à optimiser le pilotage des groupes motopropulseurs de façon à réduire leur consommation (en termes de coût ou de consommation) ou la quantité de rejets polluants dans l’atmosphère.

La « stabilité » du véhicule sera définie comme la tendance du véhicule à ne pas déraper. Cette stabilité est mise en défaut lorsqu’un moment de lacet apparait autour de l’axe vertical passant par le centre de gravité CG du véhicule automobile 1.

Ce moment de lacet est en général induit par une perte de guidage latéral au niveau de la zone de contact entre le sol et les roues 12, 22. En effet, si les pertes de guidage latéral sont suffisantes sur les essieux avant et/ou arrière, alors la différence relative de guidage entre l’avant et l’arrière va induire ce mouvement de rotation autour du centre de gravité CG du véhicule. Ce mouvement peut être difficilement contrôlable pour le conducteur du véhicule automobile 1, notamment si c’est l’essieu arrière qui perd le plus de guidage latéral (on parle alors de véhicule survireur).

Dans le procédé décrit ci-après, la stabilité de la voiture sera traitée de manière curative pour réagir immédiatement à toute perte de motricité sur l’essieu avant ou arrière dans le but de maintenir un comportement global véhicule de type sous-vireur (l’essieu avant perdant l’adhérence plus facilement que l’essieu arrière). Bien entendu, en variante, le contraire pourrait être privilégié (pour des raisons de typage du véhicule sportif ou agile).

Cette logique de gestion du glissement relatif entre les essieux permet donc maitriser la stabilité du véhicule en corrigeant rapidement le couple appliqué sur le train arrière. Comme cela sera décrit en détail ci-après, cette correction sera en pratique réalisée à l’aide d’une boucle de rétroaction appelée « boucle de contrôle en glissement inter-essieux ».

Le « temps de réaction » d’un groupe motopropulseur quantifiera la latence de ce groupe pour exercer un couple donné, en partant d’un couple sensiblement différent. Typiquement, on pourra quantifier ce temps de réaction par la durée nécessaire pour passer d’un couple nul à un couple non-nul donné (typiquement 500Nm).

Sur la , on a représenté de manière schématique le procédé mis en œuvre par le calculateur 9 pour bien répartir la puissance entre les essieux, selon les conditions rencontrées par le véhicule et les instructions du conducteur de ce véhicule.

Ce procédé est mis en œuvre de manière récursive, c’est-à-dire en boucle, à pas de temps réguliers. A chaque boucle, le calculateur exécute ainsi onze étapes principales.

Dans l’exemple ici considéré, ce procédé sera mis en œuvre pour faire intervenir au plus juste l’essieu arrière dans la traction du véhicule automobile 1. En effet, on considère ici que le groupe motopropulseur arrière 21 est équipé d’une batterie basse-tension, si bien qu’il ne peut pas être utilisé en continue mais doit être exploiter uniquement lorsque le besoin s’en fait sentir. Dans ce cadre, pour simplifier, le train arrière sera principalement employé pour garantir la stabilité et la motricité du véhicule en cas de besoin.

Ici, un autre aspect du procédé consistera à déterminer un couple préventif pour le train arrière permettant d’éviter a priori toute perte de motricité et de garantir la stabilité de façon préventive (et non curative).

Les étapes de ce procédé sont les suivantes.

Au cours d’une première étape F1, le calculateur 9 acquiert une requête générale énergétique demandée par le conducteur pour mouvoir le véhicule automobile 1. Cette requête générale permet au calculateur de déterminer si le véhicule doit accélérer ou freiner.

Dans la suite, cette requête sera quantifiée en termes de couple au niveau des essieux. Bien entendu, en variante, elle pourrait être quantifiée autrement (par exemple en termes de puissance, en termes de couple au niveau des arbres de sortie des machines de traction …).

Pour déterminer ce couple demandé, le calculateur peut s’appuyer sur différentes données telles que par exemple la position des pédales de frein et d’accélérateur, la pression exercée sur ces pédales, la vitesse de consigne saisie au niveau du régulateur de vitesse du véhicule…

Quoi qu’il en soit, à ce stade, le calculateur détermine ici le couple total C_Trequis et devant être distribué entre les essieux avant 10 et arrière 20 du véhicule automobile 1. On notera ici que ce couple total C_Tsera positif lorsque les roues doivent tracter le véhicule automobile 1, et négatif lorsque les roues doivent freiner le véhicule.

Au cours d’une deuxième étape F2 (puis d’une troisième étape F3), le calculateur 9 acquiert les valeurs minimale en négatif et maximale en positif du couple que chaque groupe motopropulseur peut générer au niveau de l’essieu avant 10 (puis au niveau de l’essieu arrière 20). On notera que la valeur minimale correspondra au couple maximum (en négatif) que le groupe motopropulseur peut générer pour freiner le véhicule automobile 1.

Ces valeurs dépendent ici principalement des performances des groupes motopropulseurs 11, 21 accouplés à ces essieux. Elles dépendent en outre du niveau de charge SOC de la batterie basse tension. Elles sont ici par exemple déterminées sur banc d’essais lors de la conception du véhicule automobile 1 et enregistrées dans la mémoire du calculateur sous formes de tables. Dans la suite de cet exposé, ces valeurs seuils seront appelées « couple potentiel maximal de traction C_MAX,f, C_MAX,r» et « couple potentiel minimal de décélération C_MIN,f, C_MIN,r».

On notera que les indices f et r utilisés ci-dessus et dans la suite de cet exposé font respectivement référence aux essieux avant 10 et arrière 20.

Au cours d’une quatrième étape F4, le calculateur 9 détermine un « couple curatif C_C» à appliquer aux essieux.

Ce couple curatif est celui qui permet, lorsqu’un essieu patine (que ses roues glissent sur le sol), de réduire le couple appliqué sur cet essieu et de le basculer en réaction vers l’autre essieu. Il est qualifié de « curatif » puisqu’il est non nul uniquement lorsqu’un essieu est détecté comme patinant.

Ce couple curatif Cc est issu de la boucle de contrôle en glissement inter-essieux précitée. En d’autres termes, sa valeur est déterminée en fonction de la différence de vitesses de rotation entre les essieux. Il est positif lorsque les roues 12 du train avant patinent et que l’essieu arrière 20 doit reprendre une partie supplémentaire du couple total C_T, et négatif lorsque les roues 22 du train arrière patinent et que l’essieu avant 10 doit reprendre une partie supplémentaire du couple total C_T.

Comme cela a été exposé supra, selon la configuration de la boucle de contrôle, ce couple curatif permettra de donner au véhicule automobile 1 un comportement sous-vireur ou survireur.

Sur la , on a représenté une méthode de calcul de ce couple curatif C_C.

Au cours d’une première sous-étape, le calculateur acquiert les vitesses de rotation :
- ω_FRde la roue avant droite,
- ω_FLde la roue avant gauche,
- ω_fde l’essieu avant,
- ω_rde l’essieu arrière.

Puis, il détermine la moyenne des vitesses de rotation des roues avant, ainsi que la moyenne des vitesses de rotation des essieux.

Ces différentes valeurs donnent, selon la configuration, une « vitesse de rotation de référence ». Elles permettent également de calculer la vitesse V1 du véhicule automobile 1. Grâce à des tables stockées dans la mémoire du calculateur, il est possible d’en déduire un taux de glissement inter-essieux cible S1 (c’est-à-dire un pourcentage d’écart entre les vitesses de rotation des essieux).

En variante, il existe d’autres moyens pour déterminer la vitesse V1 du véhicule automobile 1 : il est typiquement possible de s’appuyer sur une information fournie par un calculateur de freinage.

Le produit de la vitesse V1 et de la valeur de glissement inter-essieux cible S1 permet alors de déterminer une vitesse de glissement inter-essieux cible Δω₀.

Ici, si l’on souhaite que le véhicule ait un comportement sous-vireur, cette vitesse de glissement inter-essieux cible Δω₀impose que l’essieu avant tourne plus vite que l’essieu arrière.

En parallèle, le calculateur détermine l’écart Δω entre les vitesses de rotation des essieux.

La différence entre la vitesse de glissement inter-essieux cible Δω₀et cet écart Δω est alors utilisée en entrée d’un régulateur 9A (ici un régulateur de type PID) de façon à déterminer le couple curatif Cc qui permettra de faire en sorte que, si l’un des essieux glisse, le couple bascule de cet essieu vers l’autre essieu.

S’agissant de la « vitesse de rotation de référence précitée », on peut faire les commentaires suivants.

Lorsque les machines de traction présentent une dynamique en couple plutôt faible (typiquement les moteurs à combustion interne), il est possible de faire un asservissement des vitesses d’essieux en considérant les vitesses moyennes des roues de chaque essieu.

En revanche, lorsque les machines de traction ont des dynamiques en couple plus grandes (typiquement les machines électriques), il est plus pertinent d’utiliser directement les vitesses de ces machines de traction, en considérant que la vitesse de rotation de la machine représente la vitesse de l’essieu.

Lorsqu’on utilise plusieurs machines de traction par essieu, avec des dynamiques différentes et qui sont potentiellement déconnectables à volonté des roues, la solution consiste à considérer, si une ou plusieurs machines de traction à forte dynamique en couple sont connectées aux roues, leurs vitesses combinées calculées au niveau du différentiel.

Lorsqu’on utilise une seule machine de traction à faible dynamique en couple (ou aucune machine de traction à forte dynamique en couple), alors, on utilisera la moyenne des vitesses de rotation des roues de l’essieu.

S’agissant maintenant du régulateur 9A de type PID, on peut faire les commentaires suivants.

De manière préférentielle, le paramétrage de ce régulateur 9A dépendra de l’état de la chaine cinématique, c’est-à-dire de la configuration de chaque groupe motopropulseur.

En effet, à partir du moment où l’une des machines de traction de l’un des groupes motopropulseurs a une dynamique (en termes de couple) plus importante que les autres et/ou qu’elle est accouplée à un réducteur multi-rapports, il est préférable de prendre en compte l’effet inertiel de ce groupe motopropulseur sur le couple curatif.

En effet, l’inertie de la chaine cinématique ne sera pas la même selon le rapport de boîte engagé, selon que toutes ou une partie seulement des machines de traction (moteur électrique et moteur à combustion interne) sont couplées aux essieux…

Ainsi, on pourra ici ajuster le gain proportionnel du régulateur 9A compte tenu de ces paramètres, sur la base de valeurs stockées dans une table mémorisée dans le calculateur 9.

Ce gain proportionnel présenter ici un coefficient directeur plus grand dans le cas où seule l’une des machines de traction est utilisée (en mode deux roues motrices) que dans le cas où les deux machines de traction sont utilisées (en mode quatre roues motrices).

Dans cette configuration à quatre roues motrices, ce gain proportionnel présentera un coefficient directeur plus grand si le rapport de vitesse engagé est plus faible.

A ce stade, on notera qu’il serait possible de piloter le véhicule en fonction des données issues des quatre étapes F1 à F4, en corrigeant tout problème d’adhérence à l’aide de ce couple curatif Cc.

Toutefois, dans le cadre du présent exposé, on préfèrera chercher à prévenir tout problème d’adhérence et à optimiser la consommation énergétique des groupes motopropulseur dès que cela est possible.

Pour cela, au cours d’une cinquième étape F5 ( ), le calculateur 9 réalise un arbitrage afin de déterminer si, compte tenu de la configuration et de la situation du véhicule, la motricité ou l’efficience énergétique doit être priorisée.

Ici, le calculateur s’appuie sur le mode de conduite sélectionné par le conducteur au moyen de la molette 8 et sur des données mesurées par les capteurs 7 embarqués (notamment la vitesse du véhicule automobile 1, l’angle de braquage du volant ou des roues directrices, l’accélération longitudinale et l’accélération latérale subie par le véhicule).

Compte tenu de ces informations, le calculateur sera en mesure de déterminer si la motricité doit être priorisée, ou s’il est possible de piloter les groupes motopropulseurs 11, 21 de la manière la plus économique possible.

Typiquement, un mode de conduite économique ou confort priorisera autant que possible l’optimisation énergétique tandis qu’un mode de conduite hors-route ou neige priorisera la motricité quelle que soit la vitesse du véhicule.

Bien entendu, un mode de conduite n’impliquera pas nécessairement de prioriser l’un ou l’autre de la motricité et l’optimisation énergétique dans toutes les situations. Typiquement, un mode de conduite hors-route ou neige pourra prioriser l’optimisation énergétique à vitesse moyenne stabilisée avec faible demande de couple et accélérations longitudinale et latérale réduites.

Le couple curatif Cc calculé à l’étape précédente permettra dans tous les cas de garantir la motricité et la stabilité du véhicule si jamais le pilotage du véhicule générait malgré tout un glissement au niveau des roues d’un essieu.

Des règles d’arbitrage préétablies sont alors préférentiellement définies dès la conception du véhicule et stockées dans la mémoire du calculateur, par exemple sous la forme de cartographies ou sous forme analytique (via des calculs formels d’interpolation de courbes monocritère).

Dans tous les cas, le but de ces règles d’arbitrage sera de prioriser :
- la motricité (c’est-à-dire la répartition du couple total sur les essieux) lorsque c’est nécessaire,
- l’optimisation énergétique dès que c’est possible, même si cela induit une motricité plus précaire et peut amener à des interventions curatives plus fréquentes (i.e. à un couple curatif non nul).

Sur la , on a représenté à titre d’exemple un tableau illustrant des règles d’arbitrage simples pouvant être efficacement employées.

Sur cette figure, on observe que le calculateur commence par acquérir le couple total C_T(étape F1), puis il détermine s’il est positif ou négatif.

Dans le cas qui nous intéresse tout d’abord, ce couple total C_Test considéré positif.

La première règle d’arbitrage s’appuie sur le mode de conduite sélectionné par le conducteur et sur la valeur du couple total C_T. En fonction de ces données, il peut en effet être nécessaire de prioriser la motricité.

En pratique, cette première règle d’arbitrage consiste à déterminer la valeur d’un booléen ARB1.

Ici, si le mode de conduite est hors-route ou neige, la valeur « 1 » est affectée à ce booléen ARB1.

Sinon (si un autre mode de conduite est sélectionné), la valeur du couple total C_Test comparée avec un seuil prédéterminé, qui dépend de préférence de la vitesse du véhicule automobile 1. S’il est supérieur à ce seuil, la valeur « 1 » est affectée à ce booléen ARB1.

Sinon, la valeur « 0 » lui est affectée.

Comme le montre la , lorsque ce booléen ARB1 est égal à 1, la motricité est priorisée.

Dans le cas contraire, une deuxième règle d’arbitrage est employée pour déterminer si la dynamique du véhicule est telle que la motricité doit être priorisée.

En pratique, cette deuxième règle d’arbitrage consiste à déterminer la valeur d’un booléen ARB2.

Pour cela, le calculateur acquiert l’accélération latérale subie par le véhicule automobile 10, puis il compare cette accélération avec un seuil prédéterminé, qui dépend de préférence de la vitesse du véhicule automobile 1. S’il est supérieur à ce seuil, la valeur « 1 » est affectée à ce booléen ARB2.

Sinon, la valeur « 0 » lui est affectée.

Comme le montre la , lorsque ce booléen ARB2 est égal à 1, la motricité est priorisée. Sinon, c’est l’optimisation énergétique qui l’est.

En résumé, la motricité est considérée comme devant être priorisée par rapport à l’optimisation énergétique si le mode de conduite est hors-route ou neige, ou si la valeur du couple total C_Test élevée ou encore si l’accélération latérale est élevée. Dans tous les autres cas, c’est l’optimisation énergétique qui est priorisée.

On peut maintenant considérer le cas où le couple total C_Test négatif. Dans ce cas, au moins un des groupes motopropulseurs est utilisé pour réaliser un freinage régénératif (c’est-à-dire pour utiliser l’énergie du freinage afin de recharger la batterie basse tension). Dans le cas où le groupe motopropulseur avant 11 comporte un moteur à combustion interne, on comprend que seul le groupe motopropulseur 21 peut assurer ce freinage régénératif.

Une troisième règle d’arbitrage consiste à déterminer si on se trouve dans un cas de freinage important, dans lequel la stabilité doit être privilégiée. En effet, dans un tel cas, les freins sont dimensionnés de manière à ce que le couple de freinage soit majoritairement repris par l’essieu avant (avec une répartition de par exemple 70% du couple de freinage sur l’essieu avant).

Cette troisième règle d’arbitrage consiste alors à déterminer la valeur d’un booléen ARB3.

En pratique, le calculateur acquiert le couple potentiel maximal de traction C_MAX,rà l’essieu arrière (déterminé lors de l’étape F3) et la valeur d’une « marge de stabilité arrière de freinage ».

En pratique, le calculateur acquiert le couple minimal de décélération C_MIN,rà l’essieu arrière (déterminé lors de l’étape F3) et il construit ou acquiert la valeur d’une « marge de stabilité arrière de freinage ». Cette marge de stabilité arrière est directement issue du freinage et de la marge de stabilité utilisée pour l’ABS (Anti-blocage Système) ou bien construite pour éviter que la roue ne se bloque.

Si leurs valeurs sont différentes, ce qui signifie que l’on se trouve dans une configuration où le freinage régénératif ne permet pas de freiner le véhicule de la façon souhaitée, la valeur « 1 » est affectée à ce booléen ARB3. Dans cette éventualité, c’est la stabilité du véhicule qui sera privilégiée.

Sinon, la valeur « 0 » lui est affectée.

Dans ce cas, une quatrième règle d’arbitrage permet de vérifier si la dynamique du véhicule nécessite ou non de privilégier la motricité. En effet, à titre d’exemple, un freinage en ligne droite ne nécessite pas de privilégier autant la motricité qu’un freinage en virage.

Cette quatrième règle d’arbitrage consiste à déterminer la valeur d’un booléen ARB4, ici en fonction du mode de conduite, du booléen ARB2 et de la vitesse de rotation en lacet du véhicule autour du centre de gravité CG.

La valeur « 1 » est affectée à ce booléen ARB 4 si l’une au moins des trois conditions suivantes est remplies (sinon, la valeur « 0 » lui est affectée).

Une première condition est que le mode de conduite économique ne soit pas sélectionné.

Une seconde condition est que le booléen ARB2 soit égal à 1 et que le mode de conduite économique ne soit pas choisi.

Une troisième condition est que la vitesse de rotation en lacet soit supérieure à un seuil prédéterminé (lequel peut dépendre de la vitesse du véhicule).

Alors, si le booléen ARB4 est égal à 1, la motricité est priorisée. Sinon, c’est l’optimisation énergétique qui l’est.

En résumé, cet arbitrage permet de déterminer si la motricité ou l’optimisation énergétique doit être priorisée. Le résultat de cet arbitrage sera employé à l’étape F7 décrite ci-après.

En parallèle de cet arbitrage, comme le montre la , le procédé se poursuit en une sixième étape F6 qui consiste, pour le calculateur 9, à déterminer un couple préventif C_P,rsur le train arrière, permettant d’optimiser la motricité.

L’idée consiste de manière générale à faire en sorte que le couple exercé par le train avant ne soit pas trop élevé, de manière à éviter toute perte d’adhérence de façon préventive (si bien que le couple curatif Cc reste autant que possible nul).

Cette sixième étape peut être mise en œuvre de façons différentes. Dans la suite, on envisagera deux solutions techniques différentes, et dans le cas de la seconde solution technique, on envisagera en outre un raffinement.

La première solution technique consiste à partir du principe que plus la masse exercée par un pneu sur le sol est importante, plus le couple que ce pneu pourra exercer sans glissement sur le sol sera grand.

En d’autres termes, cette solution technique consiste à répartir, lorsque la motricité est privilégiée, le couple entre les essieux en fonction de la masse que chaque essieu exerce sur le sol.

La répartition des masses entre les essieux dépend principalement de la position de la batterie d’accumulateurs (objet notoirement très lourd) et du type et de la position des groupes motopropulseurs dans le véhicule. Elle peut dépendre aussi également du nombre d’usages dans le véhicule, leurs positions respectives, le poids des bagages … L’évaluation de cette répartition pourra se faire de la même façon que celle exposée plus loin.

Sur la , on a représenté un exemple de calcul du couple préventif C_P,rsur le train arrière conforme à cette première solution technique.

On y observe qu’un bloc 91 est adapté à calculer un couple arrière préliminaire C_ren fonction du couple total C_Tdemandé et de la répartition des masses dans le véhicule.

Pour ne pas dépasser la valeur du couple potentiel maximal de traction C_MAX,rsur le train arrière, un opérateur mathématique sélectionne le minimum Min entre ce couple potentiel maximal de traction C_MAX,ret le couple arrière préliminaire C_r.

Pour ne pas dépasser la valeur du couple potentiel maximal de traction C_MAX,fsur le train avant, un autre opérateur mathématique sélectionne le maximum entre ce minimum Min et l’écart entre le couple total C_Tet le couple potentiel maximal de traction C_MAX,fsur le train avant, et il en déduit ainsi la valeur du couple préventif C_P,rsur le train arrière.

Ici, le bloc 91 se réfère, pour la répartition des masses, à une variable Br dite « Base ratio » dont le calcul est le suivant :

Dans cette équation, les variables utilisées sont définies de la façon suivante.

Dans ce système, les constantes et variables sont définies ainsi :
M est la masse du véhicule automobile 1, exprimée en kilogrammes,
Lr est la longueur entre le centre de gravité et l’essieu avant, exprimée en mètres,
Lf est la longueur entre le centre de gravité et l’essieu arrière, exprimée en mètres,
L est la somme des deux longueurs précitées et forme l’empattement du véhicule,
g est l’accélération de la pesanteur,
accx est l’accélération longitudinale du véhicule automobile 1,
h est la hauteur du véhicule automobile 1, exprimée en mètres.

On notera que dans ce modèle, Wfl=Wfr et Wrl=Wrr puisqu’il ne prend en compte que le report de charge lié à l’accélération longitudinale. Pour tenir compte de l’accélération latérale, il aurait fallu ajouter ou retrancher (selon qu’on tourne à droite ou à gauche) l’expression +/- M/2.g.accy.h/l (avec l la largeur de voie de la voiture et accy l’accélération latérale).

La seconde solution technique ne se base pas uniquement sur la capacité des pneus à exercer un couple de traction ou de freinage compte tenu de la masse qui s’exerce sur eux. Elle se base en outre sur les limites en termes de motricité du train avant.

Cette seconde solution permet ainsi, lorsque la motricité doit être privilégiée, d’utiliser autant que possible le groupe motopropulseur avant 11 afin d’économiser autant que faire se peut l’énergie stockée dans la batterie basse tension.

En d’autres termes, le couple préventif C_P,rest ici calculé pour correspondre au couple que le train arrière doit exercer pour que la demande de couple total C_Tsoit satisfaite et que le train avant ne glisse pas.

Il peut prendre des formes plus ou moins complexes et/ou formelles. Il peut être déterminé en fonction :
- des ellipses d’adhérence théoriques des roues par rapport au sol (on considère que le vecteur représentant la force maximale que chaque roue peut appliquer sur le sol, dans le plan du sol, varie en intensité en fonction de sa direction selon une courbe fermée qui forme une ellipse : loi de Pajecka, loi de Dugoff...), et/ou
- la répartition statique des masses entre l’essieu avant et l’essieu arrière, et/ou
- la répartition dynamique des masses entre l’essieu avant et l’essieu arrière en fonction de l’accélération subie par le véhicule, et/ou
- le mode de conduite sélectionné par le conducteur et/ou
- le couple total C_Trequis par le conducteur.

Typiquement, le calculateur pourrait ajuster ce couple préventif en fonction de la conduite du conducteur. A titre d’exemple, on pourrait prévoir d’exercer un fort couple préventif C_P,rsur le train arrière si le conducteur appuie fortement sur la pédale d’accélérateur et/ou lorsque le mode de conduite sportif est sélectionné.

En pratique, ici, comme le montre la , ce couple préventif C_P,rest calculé de la manière suivante.

Au cours d’une première sous-étape Fn1, le calculateur calcule la valeur d’un coefficient d’adhérence Mu de l’essieu considéré comme étant l’essieu principal (à savoir celui pour lequel on ne cherche pas à limiter l’utilisation du groupe motopropulseur). Ici, ce coefficient d’adhérence Mu permet de quantifier l’adhérence des roues avant 12 du véhicule automobile 1.

Pour calculer sa valeur, divers processus sont envisageables.

Typiquement, on peut considérer que la valeur de ce coefficient d’adhérence Mu dépend uniquement du mode de conduite sélectionné par le conducteur. Dans cet exemple, sa valeur peut alors être donnée par une table. Elle est par exemple égale à :
1 en mode économique, confort ou sportif,
0,3 en mode neige,
0,7 en mode sable et boue (si ce mode est disponible),
0,5 en mode hors-route.

En variante, la valeur de ce coefficient d’adhérence Mu peut être estimée en fonction de données mesurées de manière instantanée. Elle peut ainsi varier selon une fonction tenant compte de la dynamique du véhicule. A titre d’exemple, on peut prévoir de réduire sa valeur lorsque des glissements répétés des roues sur le sol sont détectés.

Ici, on considérera que la valeur de ce coefficient d’adhérence Mu sera obtenue à l’aide de la première de ces méthodes, puis ajusté à l’aide de la seconde méthode.

Au cours d’une seconde sous-étape Fn2, le calculateur calcule la masse du train principal avant (c’est-à-dire la masse du véhicule s’exerçant sur le sol via les pneus de l’essieu avant 10).

Cette masse peut être une constante estimée lors de la conception du véhicule. Elle peut en variante présenter une valeur variable, par exemple en fonction du mode de conduite choisi par le conducteur. Elle peut être mesurée, ou encore estimée par une fonction tenant compte de la dynamique du véhicule.

Ainsi, on pourra ici utiliser une fonction d’évaluation en continue de la masse se basant sur un capteur embarqué et/ou extrapoler cette masse en fonction du comportement dynamique du véhicule. Cette solution permettra de prendre en compte des changements de chargements ou de nombre d’occupants dans le véhicule.

A titre d’exemple, une solution simple de table consiste à considérer la masse théorique de la voiture à vide et 70 kg par passager détecté, puis à répartir ces masses sur les deux essieux en fonction de la position des passagers.

Un autre exemple consiste à se baser uniquement sur le mode de conduite sélectionné par le conducteur pour déterminer la masse du train principal avant. Dans cet exemple, l’idée consiste à considérer que la masse est élevée lorsque le mode de conduite sélectionné est le mode économique ou le mode confort et à considérer qu’elle est faible sinon. En effet, on suppose ici qu’en mode économique ou confort, les conditions de circulations sont telles que l’adhérence des pneus sur le sol est bonne, si bien qu’on peut surestimer la masse du train avant. Dans le cas contraire, mieux vaut en revanche la sous-estimer.

Ainsi, en mode économique ou confort, on considère ici que la masse du véhicule est égale à la somme de sa masse à vide tous pleins faits et de la masse de cinq occupants (par exemple cinq fois soixante-dix kilogrammes) repartis sur les cinq places du véhicule.

Dans les autres modes, la masse du véhicule est égale à la somme de sa masse à vide tout pleins faits et de la masse de deux occupants (par exemple deux fois soixante-dix kilogrammes).

En variante, la valeur de la masse du train principal avant peut être estimée de la façon expliquée supra, puis ajustée en fonction de paramètres mesurés sur le véhicule (par exemple en fonction du débattement des suspensions).

Au cours d’une troisième sous-étape Fn3, le calculateur calcule la limite d’adhérence C_addu train avant.

Il s’appuie pour cela sur les résultats des deux sous-étapes Fn1 et Fn2.

La limite d’adhérence est égale au produit de la masse de l’essieu principal, de la constante de gravité g, du coefficient d’adhérence Mu et du rayon des roues de l’essieu principal. S’agissant de ce rayon, on peut considérer de préférence sa valeur dynamique (qui évolue en fonction de la vitesse du véhicule, pour tenir compte du fait qu’un pneu s’écrase à l’arrêt).

Au cours d’une quatrième sous-étape Fn4, le calculateur 9 calcule le potentiel maximal de couple disponible au niveau des roues de l’essieu avant.

Pour cela, le calculateur s’appuie sur les couples potentiels maximal de traction C_MAX,fet minimal de décélération C_MIN,fdéterminés à l’étape F2 pour le train principal avant.

Au cours d’une cinquième sous-étape Fn5, le calculateur calcule ensuite la valeur minimale C_mentre la limite d’adhérence C_addu train principal (issue de l’étape Fn3) et le potentiel maximal de traction C_MAX,fdu train principal (issue de l’étape Fn4). Cela permet de définir à partir de quelle demande de couple sur le train principal avant ce dernier sera limité.

Au cours d’une sixième sous-étape Fn6, le calculateur retranche ensuite cette valeur minimale C_mau couple total C_Tdemandé par le client (issu de l’étape F1). Le calculateur obtient ainsi le couple préventif C_P,rsur le train arrière.

Bien sûr, si la demande de couple total C_Test inférieure à cette valeur minimale, on force le résultat du couple préventif à zéro.

En résumé, cette solution permet de privilégier l’usage d’un train principal (ici avant) par rapport au train secondaire (ici arrière), de définir avec plus ou moins de précisions (selon les méthodes retenues) une limite d’adhérence théorique en fonction du mode de conduite choisi par le client, et de générer un usage du train secondaire sans attendre le glissement du train principal.

L'avantage principal consiste donc à ne pas se contenter d’un pilotage curatif en réaction à un glissement d’essieu, mais bien à piloter au juste nécessaire l’usage du groupe motopropulseur du train secondaire arrière, dont on rappelle que la source d’énergie est si réduite que son usage doit rester parcimonieux.

On notera que plus la détermination du seuil de glissement de l’essieu principal sera fine, plus il sera possible de minimiser l’usage du train secondaire. Si la précision n’est pas optimale, la solution permet toutefois de piloter la motricité en fonction du mode de conduite choisi par le conducteur et ainsi de rendre un usage sur neige ou hors-route plus sollicitant pour le train secondaire afin d’aider à réaliser les franchissements.

Dans le cas des essieux lents (ici l’essieu avant), le couple ne peut pas passer d’une valeur nulle à une valeur élevée en un court instant.

Typiquement, lorsqu’un embrayage mécanique à disques est employé, le temps de réaction nécessaire à l’accouplement des disques de l’embrayage est non nul puisqu’il est nécessaire de faire glisser ces disques progressivement à la même vitesse pour parvenir in fine à l’égalisation de leurs vitesses de rotation.

Ce problème pourrait aussi se poser en l’absence d’embrayage, avec une machine électrique directement couplée à un essieu plus lente que celle couplée à l’autre essieu.

Ici, le raffinement proposé consiste à corriger le couple préventif C_P,rsur le train arrière afin de tenir compte de ce temps de réaction en complétant, grâce au groupe motopropulseur arrière 21, le couple global réellement transmis aux roues du véhicule.

Pour cela, on pourrait envisager différentes solutions.

Une première solution serait d’utiliser une table enregistrée dans le calculateur et permettant, compte tenu du couple initial développé par le groupe motopropulseur avant 11 et du couple final à atteindre, de compléter la consigne de couple transmise au groupe motopropulseur arrière afin de compenser la lenteur de l’embrayage.

Ici, la solution employée est différente.

Ainsi, au cours d’une étape F6’ illustrée sur la , le calculateur commence, lors d’une première sous-étape Fn10, par acquérir l’inertie du groupe motopropulseur lent, à savoir ici le groupe motopropulseur avant 11.

Les inerties en jeu sont celles des pièces mobiles que la consigne de couple cherche d’abord à accélérer suffisamment pour ensuite pouvoir transmettre progressivement le couple au reste de la chaine cinématique et aux roues de l’essieu avant lent.

Cette valeur d’inertie est en général une donnée d’entrée figée par les composants du groupe motopropulseur utilisé, mais on peut éventuellement proposer une inertie variable en fonction de certaines configurations ou connexions de pièces mobiles (typiquement dans le cas où le moteur à combustion interne comporte un système de distribution variable ou un système de déconnexion de cylindre).

Puis, au cours d’une seconde sous-étape Fn11, le calculateur calcule l’accélération des pièces mobiles du groupe motopropulseur avant 11, ce qui consiste à calculer la dérivée du régime du moteur à combustion interne en fonction du temps. Cette grandeur d’accélération permet idéalement de bien visualiser la part de la consigne de couple qui sera consommée par les inerties du moteur à combustion interne en fonction du temps.

Ensuite, au cours d’une sous-étape Fn12, le calculateur 9 multiplie les résultats de l’inertie et de l’accélération pour obtenir la part C_NFde couple non fournie aux roues avant 12 par rapport à la consigne transmise au moteur à combustion interne de l’essieu avant 10.

Cette part C_NFest ajoutée au couple préventif C_P,rsur le train arrière. On obtient ainsi un nouveau couple préventif C_P,rcorrigé.

Cette solution permet ainsi de compenser le manque de réactivité d’un essieu lent par rapport à un essieu rapide, en utilisant l’essieu rapide pour satisfaire rapidement la demande de couple fixée par le conducteur.

En outre, cette solution permet de soulager l’organe de transmission progressive du couple (typiquement ici, l’embrayage) en réduisant sa participation lors d’un démarrage rapide. On peut ainsi obtenir une meilleure longévité de cet organe puisque ce dernier va voir sa phase de glissement réduite et donc l’usure de ses pièces d’interface limitée.

Au cours d’une septième étape F7, le calculateur 9 détermine une gamme de couples utilisables sur le train arrière permettant de garantir tant la stabilité du véhicule qu’une faible consommation énergétique, compte tenu de l’arbitrage réalisé à l’étape F5.

Comme le montre la , cette gamme de couples, également appelée « terrain de jeu », est ici définie par le calculateur 9 au moyen d’une borne inférieure C_inf,ret d’une borne supérieure C_sup,r.

Pour définir ces bornes, le calculateur utilise les résultats des étapes F4 à F6.

Plus précisément, le respect du couple curatif C_Csera toujours prioritaire. En pratique, si un problème de stabilité intervient (si les roues de l’un des essieux patinent), le couple curatif C_Cpourrait former la borne inférieure ou la borne supérieure selon l’essieu qui perd l’adhérence.

Le couple préventif C_P,rsur le train arrière issu de l’étape F6 ou F6’ est utilisé si l’arbitrage réalisé à l’étape F5 priorise la motricité (sous contrainte du respect du couple curatif C_C).

Dans le cas où c’est l’optimisation énergétique qui est priorisée, ce sont les couple potentiel maximal de traction C_MAX,ret minimal de décélération C_MIN,rqui sont utilisées (sous contrainte du respect du couple curatif C_C).

Enfin, en cas d’instabilité au freinage (ARB3=1), il est possible de s’appuyer sur une information restrictive venant du système de freinage pour maitriser une marge de stabilité et éviter le blocage des roues. Cela permet de restreindre la gamme de couple utilisables en cas de risque de blocage des roues arrière.

Sur la , on a représenté en détail un exemple de mise en œuvre de cette étape F7.

On y observe qu’en fonction du résultat de l’étape F5 (arbitrage), on déterminera les bornes inférieure et supérieure C_inf,r, C_sup,rde couple utilisable de façon différente.

On notera par ailleurs que les bornes inférieure et supérieure C_inf,r, C_sup,rde couple utilisable seront différentes selon que le véhicule est en mode traction ou décélération.

Ainsi, si le couple total C_Test positif (i.e. en mode traction) et que la motricité est privilégiée, les bornes sont définies par :

C_inf,r= Min (Max(0, C_C+C_P,r), C_MAX,f)

C_sup,r= Min (Max(0, C_C+C_P,r), C_MAX,f)

On note ici que les bornes sont égales puisque, lorsque la motricité est privilégiée, on ne souhaite pas laisser de latitude dans le choix du couple, considérant que ce dernier est déjà précisément calculé de façon à garantir la motricité et à réduire la consommation énergétique du véhicule.

Si le couple total C_Test positif (i.e. en mode traction) et que l’optimisation énergétique est privilégiée, ces bornes sont en revanche différentes. Elles sont ici définies ainsi :

C_inf,r= Min(Min(Max(Max(0, C_C), C_T- C_MAX,f), C_MAX,r), Max1)

C_sup,r= Min (Min(C_MAX,r), max(0,C_C+ C_MAX,r), C_T)

Ces bornes étant différentes, le « terrain de jeu » est plus ouvert, ce qui permettra de répartir les couples sur les essieux de la manière la plus efficace énergétiquement, compte tenu de nombreux paramètres (le véhicule se trouve-t-il en ville ? A quelle vitesse roule-t-il ? …).

On note ici que le terme Max1 est égal à la borne C_sup,r, ce qui permet de garantir que le terrain de jeu comporte au moins une valeur.

Si le couple total C_Test négatif (i.e. en mode régénération) et que la motricité ou la stabilité est privilégiée, ces bornes sont définies ainsi :

C_inf,r= Max(Min(C_C+C_P,r), 0),-Brk)

C_sup,r= Max(Min(C_C+C_P,r), 0),-Brk)

Ici encore, on note que ces bornes sont égales.

On note également que le terme Brk est égal à la marge de stabilité arrière de freinage, introduite à l’étape F5. Ce terme permet ainsi de ne pas dépasser le couple maximum que le frein régénératif peut assurer avant que les roues arrière ne se bloquent.

Enfin, si le couple total C_Test négatif (i.e. en mode régénération) et que l’optimisation énergétique est privilégiée, ces bornes sont définies ainsi :

C_inf,r= -Brk

C_sup,r= 0

On notera ici qu’en variante, on pourrait proposer une répartition avant / arrière maitrisée en utilisant le couple curatif de façon qu’il limite l’écart de vitesses entre les deux essieux … la cible en phase de régénération serait bien sûr d’imposer a minima un écart de vitesse pour forcer l’essieu arrière à rouler plus vite que l’essieu avant et ainsi éviter le blocage des roues arrière. En pratique, dans le mode de réalisation préféré, on ne le fait pas car on s’appuie sur la marge de stabilité de l’ABS venue directement du freinage, de sorte que le blocage de roue est déjà évité.

Dans une autre variante où la marge de stabilité pour éviter le blocage de roues est déterminée de façon autonome (indépendamment de l’ABS), on pourrait utiliser le curatif inter-essieux ou bien le mixer avec un seuil de vitesse minimum des roues arrière.

Au cours d’une huitième étape F8 illustrée sur la , le calculateur 9 calcule le couple optimisé énergétiquement C_OE,rsur le train arrière, dans le respect de la gamme de couples utilisables déterminée à l’étape F7.

En effet, à l’étape F7, une gamme de couples utilisable a été définie. Il s’agit maintenant de choisir dans cette gamme une valeur de couple que l’essieu arrière doit assurer. Cette valeur de couple formera alors ici une consigne particulière à transmettre au groupe motopropulseur arrière.

Dans notre exemple, lorsque la motricité est priorisée par les règles d’arbitrage, cette optimisation énergétique est restreinte par le terrain de jeu qui ne comporte qu’une valeur.

En revanche, lorsque la motricité n’est pas priorisée dans la fonction arbitrage, cette optimisation énergétique se fait dans un cadre plus ouvert et permet d’optimiser l’usage de l’ensemble des machines de traction, qu’elles appartiennent au groupe motopropulseur avant ou arrière.

La stratégie et le calcul du partage d'énergie seront effectuées à cette étape sur la base de formules hamiltoniennes, en fonction de nombreux critères (le véhicule se trouve-t-il en ville ? A quelle vitesse roule-t-il ? la batterie basse tension est-elle chargée ? …). Ce calcul ne formant pas le cœur de la présente invention, il ne sera pas ici décrit en détail.

Au cours d’une neuvième étape F9, le calculateur 9 déduit du couple total C_Tet du couple optimisé énergétiquement C_OE,rsur le train arrière un couple optimisé énergétiquement C_OE,fsur le train avant (par une simple soustraction), lequel couple forme une consigne particulière à transmettre au groupe motopropulseur 11 avant.

On peut ici noter que la requête du conducteur (traduite en couple total C_T) peut parfois ne pas être satisfaite si elle va à l’encontre de la stabilité du véhicule automobile 1.

A titre d’exemple :
- si le couple total C_Test de 2000 Nm, que le couple potentiel maximal de traction C_MAX,fdu train avant est de 500 Nm et que le couple potentiel maximal de traction C_MAX,rdu train arrière est de 2000 Nm, et
- si une répartition du couple de 500 Nm sur l’essieu avant et 1500 Nm sur l’essieu arrière provoque le glissement de l’essieu arrière,
- alors le couple curatif (étape F4) permettra de limiter le couple exercé sur le train arrière à une valeur inférieure à 1500Nm, ne satisfaisant pas la requête du conducteur.

L’étape F10 suivante est mise en œuvre uniquement si le groupe motopropulseur avant 11 comporte plusieurs machines de traction. Dans ce cas, à cette étape, le calculateur 9 répartit la demande de couple entre ces différentes machines de traction.

L’étape F11 est mise en œuvre uniquement si le groupe motopropulseur arrière 21 comporte plusieurs machines de traction. Dans ce cas, à cette étape, le calculateur 9 répartit la demande de couple entre ces différentes machines de traction.

Dans le cas décrit ici avec un train avant 10 équipé d’un groupe motopropulseur 11 hybride, l’étape F10 s’applique alors que l’étape F11 n’est pas mise en oeuvre.

Ensuite, les consignes particulières de couple sont transmises aux groupes motopropulseurs pour que le véhicule avance à la vitesse souhaitée et avec la dynamique requise.

En résumé, le procédé décrit ci-dessus est très adaptable en ce sens qu’il peut être mis en œuvre quelle que soit l’architecture du véhicule (type de moteurs, nombre d’essieux…).

Il garantit en outre la stabilité du véhicule de manière tant préventive que curative, puisqu’il propose de sélectionner un couple de train arrière 20 dans une gamme plus ou moins grande, selon les conditions de roulage, afin de prioriser la motricité quand cela est nécessaire et garantir en même temps un compromis énergétique aussi bon que possible.

On peut ainsi, sous contrainte de stabilité ou motricité, moduler le niveau d’optimisation énergétique à tout instant :
- soit de manière prioritaire si le risque de perte de motricité ou de stabilité est faible,
- soit de manière facultative si la motricité et/ou la stabilité nécessitent un emploi particulier des différents groupes motopropulseurs.

La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

Claims (10)

1. Procédé de pilotage d’un véhicule automobile (1) comportant un calculateur (9) et au moins deux essieux (10, 20) équipés chacun d’un groupe motopropulseur (11, 21) et d’éléments roulants tels que des roues (12, 22), un premier des groupes motopropulseurs (11) présentant un temps de réaction supérieur à celui d’un second des groupes motopropulseurs (21), le procédé comprenant des étapes mises en œuvre par le calculateur (9) de :
   - acquisition d’une requête générale relative à un couple total (C_T) que les groupes motopropulseurs (11, 21) doivent transmettre aux éléments roulants,
   - répartition de ladite requête générale en consignes particulières (C_OE,f, C_OE,r) affectées chacune à l’un des groupes motopropulseurs (11, 21), et
   - pilotage des groupes motopropulseurs (11, 21) selon lesdits consignes particulières (C_OE,f, C_OE,r),
   caractérisé en ce que, à l’étape de répartition, lorsque la consigne particulière (C_OE,f) affectée au premier groupe motopropulseur (11) varie, il est prévu de :
   - déterminer la part (C_NF) de consigne particulière (C_OE,f) non effectuée par le premier groupe motopropulseur (11) du fait de son temps de réaction,
   - accroître la consigne particulière (C_{OE, r}) affectée au second groupe motopropulseur (21) d’une partie au moins de ladite part (C_NF).
2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel la consigne particulière (C_{OE, r}) affectée au second groupe motopropulseur (21) est accrue de l’intégralité de ladite part (C_NF).
3. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite part (C_NF) est déterminée en fonction d’une inertie du premier groupe motopropulseur (11).
4. Procédé de pilotage selon la revendication 3, dans lequel ladite inertie présente une valeur fixe prédéterminée.
5. Procédé de pilotage selon la revendication 3, dans lequel ladite inertie présente une valeur variable, déterminée en fonction de données de configuration du premier groupe motopropulseur (11).
6. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite part (C_NF) est déterminée en fonction d’une accélération subie par une pièce mobile du premier groupe motopropulseur (11).
7. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu en outre des étapes de :
   - acquisition d’un potentiel maximal de traction (C_{MAX ,r}) et/ou minimal de décélération (C_{M IN,r}) que l’un au moins des groupes motopropulseurs (11, 21) peut transmettre aux éléments roulants,
   - sélection d’un mode de conduite parmi plusieurs modes de conduite prédéterminés, - détermination d’une valeur préventive (C_P,r) pour l’une première des consignes particulières (C_OE,r), permettant d’éviter a priori le glissement des éléments roulants du véhicule automobile (1) sur le sol,
   - priorisation d’un critère de motricité des éléments roulants ou d’un critère de consommation énergétique des groupes motopropulseurs (11, 21), en fonction au moins du mode de conduite sélectionné,
   - définition d’une gamme de valeurs (C_inf,r, C_sup,r) utilisables pour la première consigne particulière (C_OE,r) en fonction de la valeur préventive (C_P,r) si le critère de motricité est priorisé, et en fonction dudit potentiel maximal de traction (C_MAX,r) et/ou minimal de décélération (C_MIN,r) si le critère de consommation énergétique est priorisé, et
   dans lequel les consignes particulières (C_OE,f, C_OE,r) sont déterminées de façon que la valeur de la première consigne particulière (C_OE,r) soit comprise dans ladite gamme de valeurs (C_inf,r, C_sup,r).
8. Procédé de pilotage selon la revendication 7, dans lequel ladite part (C_NF) est ajoutée à la valeur préventive (C_P,r).
9. Véhicule automobile (1) comportant au moins deux essieux (10, 20) équipés chacun d’un groupe motopropulseur (11, 21) et d’éléments roulants tels que des roues (12, 22), caractérisé en ce qu’il comporte un calculateur (9) programmé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage conforme à l’une des revendications 1 à 8.
10. Véhicule automobile (1) selon la revendication 9, dans lequel seul le premier groupe motopropulseur (11) comporte un embrayage mécanique.