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VEHLIB

Introduction

La diversité des configurations de véhicules hybrides et la multiplicité des dimensionnements répondant à un cahier des charges donné rendent le développement d’outils d’aide à l’optimisation indispensable. L’optimisation considérée dans les travaux de l’équipe Véhicules Electriques et Hybrides du LTE concerne principalement deux volets :

  • la commande globale du véhicule permettant la gestion de l’énergie entre ses sources,
  • le dimensionnement des composants du véhicule.

Les outils de simulation développés à cet effet utilisent une vision systémique du véhicule et de sa chaîne de traction. Dans leur construction ces outils s’appuient sur des principes utilisés dans certaines représentations physiques et dynamiques.

Le premier objectif a nécessité le développement d’un logiciel de simulation dynamique et direct pour une gestion de l’énergie en ligne pouvant être implémentée en temps réel. Les modèles associés et les hypothèses de calculs permettent une évaluation énergétique assez fine du véhicule hybride et de la loi de gestion associée. Une partie du premier objectif utilise également un modèle inverse quasi-statique avec des hypothèses simplifiées pour la synthèse de la commande globale.

Le deuxième objectif utilise le modèle inverse dans la procédure de l’aide au dimensionnement optimal et le modèle direct pour la vérification des performances dynamiques liées au cahier des charges.

Pour répondre à ces objectifs, la démarche choisie pour la construction du logiciel VEHLIB, l’outil de simulation des véhicules hybrides du LTE, s’est appuyée sur une description en schéma bloc associée à des principes issus de la théorie des Bond Graph.

Le choix de la plateforme de simulation s’est porté sur Matlab/Simulink qui permet d’associer dans un même outil la représentation, les modèles et les algorithmes de résolution. Etant donné les moyens d’essais disponibles au LTE, la facilité d’utilisation de cet environnement pour des applications en temps réel a également fortement motivé ce choix (notamment pour les applications de type « HIL », par exemple sur le banc d’essai moteur).

Le logiciel VEHLIB est déposé à l’Agence de Protection des Programmes.

Représentation en modèle direct d’un véhicule hybride à dérivation de puissance dans le logiciel VEHLIB

Les figures suivantes montrent la représentation du véhicule sous VEHLIB et les résultats de simulation et de mesure comparés sur le cycle normalisé européen NEDC.

Banc moteur - LTE - Une carto en SVG

Les modèles inverses du logiciel VEHLIB

Afin de pouvoir étudier et mettre en œuvre la commande globale des véhicules hybrides ainsi que l’aide au dimensionnement des composants nous utilisons également des modèles inverses qui permettent à partir de la mission du véhicule de remonter aux conditions de fonctionnement des composants.

Dans cette approche, la causalité des modèles est inversée pour que, à partir des effets le logiciel remonte aux causes. Le calcul est donc effectué dans le sens ascendant, c'est-à-dire depuis les roues du véhicule jusqu’aux efforts et flux des composants. Le couple à la roue n’est plus le résultat des commandes des moteurs et des freins, mais est imposé par le calcul de l’accélération à partir de la vitesse.

Cette modélisation est en particulier utilisée pour optimiser les lois de gestion de l’énergie avec l’objectif de minimiser un critère comme la consommation de carburant (équivalent dans une première approximation à une minimisation des émissions de CO2).

Illustration de résultats caractéristiques du modèle inverse

Les modèles inverses sont également utilisés dans des processus de dimensionnement optimaux et multi-critères des véhicules et des composants. On obtient par exemple, pour une architecture hybride de type EVT, la consommation du véhicule sur un cycle donnée en fonction du nombre de batterie.

Banc moteur - LTE - Une carto en SVG