Représentation de l’architecture de commande au niveau fonctionnel et au

Au niveau fonctionnel (Figure 4.2(a)), le flux d’énergie est géré par les informations obtenues du bloc de supervision GD (Gestion Décisionnelle) en utilisant des stratégies heu-ristiques ou d’optimisation. Au niveau multi-physiques (Figure 4.2(b)), P dénote l’ensemble des sous-systèmes de composantes physiques et C illustre l’ensemble des correcteurs locaux des sous-systèmes. Par conséquent, l’objectif consiste à obtenir le système de gestion globale de ressources (GGR) du modèle multi-physiques en utilisant les informations fournies par les boucles de régulation locales et le système de gestion décisionnelle (GD) du modèle fonctionnel.

A cet fin, la problématique à traiter peut se formuler par les questions suivantes : • Quelle entrée/sortie duquel sous-système physique doit être mesurée/estimée ? • Comment utiliser ces signaux afin de fournir des informations sur le transfert d’énergie

au modèle fonctionnel ?

• Enfin, comment transformer la consigne de puissance calculée au niveau fonctionnel en un signal de consigne physique et assurer le passage vers les correcteurs des sous-systèmes physiques ?

Afin de faciliter la compréhension de ces enjeux dans le contexte d’un système énergé-tique, le paramétrage du modèle fonctionnel est dérivé du paramétrage d’un groupe des composants d’un véhicule électrique hybride. Ensuite, la solution proposée pour l’intercon-nexion des modèles fonctionnel et multi-physiques est expliquée et démontrée en considérant l’exemple d’un véhicule électrifié. Au moyen de cette interconnexion, le modèle fonctionnel avec les systèmes de commande et supervision associés devient le système de supervision (GGR) du modèle multi-physiques.

4.1.1 Développement et paramétrage du modèle fonctionnel à partir des caracté-ristiques d’un groupe de composants multi-physiques

Comme précisé dans leChapitre 3, une unité fonctionnelle (EOF) peut représenter un seul composant ou plusieurs composants du modèle multi-physiques. De ce fait, la conception du modèle fonctionnel à partir d’un modèle multi-physiques existant permet d’obtenir un modèle macroscopique, simplifié. Cette démarche est importante, car elle permet d’accélérer

le processus de conception et de validation d’un système. Le modèle fonctionnel ainsi obtenu est utilisé pour vérifier le dimensionnement des paramètres des unités fonctionnelles (éléments fonctionnels représentant des fonctions de groupes de composants avec leurs correcteurs locaux au niveau multi-physiques). De plus, des stratégies de gestion d’énergie (algorithmes heuristiques utilisant des priorités ou algorithmes d’optimisation) sont validées au niveau fonctionnel.

Néanmoins, le choix des paramètres d’éléments fonctionnels à partir des caractéristiques d’un groupe de composants multi-physiques est une étape essentielle, tenant compte du fait que le modèle fonctionnel piloté peut constituer en soit un système de gestion d’énergie dans le cadre de l’architecture de commande au niveau multi-physiques. Dans ce cas, les para-mètres du modèle fonctionnel doivent être adaptés pour que la transmission d’information soit assurée d’un niveau d’abstraction à l’autre.

Si les stratégies de gestion d’énergie sont élaborées à partir d’un paramétrage erroné des éléments fonctionnels, la distribution et l’allocation des ressources n’est pas représentative et le modèle fonctionnel ne peut pas servir au développement de l’architecture de commande du modèle multi-physiques. Le paramétrage non conforme peut mener à des difficultés dans les deux niveaux de représentation, telles que le dépassement de limites de puissance, la mauvaise allocation des ressources ou la transmission des mesures erronées qui peuvent rendre les boucles de régulation locales instables. Par conséquent, les caractéristiques des composants multi-physiques devront être prises en compte dans le paramétrage des éléments du modèle fonctionnel.

Le premier pas dans le développement d’un modèle fonctionnel consiste à définir les fonctions-clés du système à modéliser. Celles-ci seront choisies en tenant compte du fait qu’un modèle fonctionnel contient au moins un élément source et un élément effecteur afin de pouvoir créer les flux et les informations nécessaires au système. Dans le cas d’un VEH, la source est représentée par la station-service. Néanmoins, si le véhicule est rechargeable, une deuxième source peut être ajoutée, telle que le réseau électrique. En revanche, les effec-teurs d’un VEH sont la mobilité (besoin d’énergie calculé par la dynamique du véhicule) et l’auxiliaire électrique (besoin d’énergie calculé par les services du véhicule : GPS, autoradio ou climatisation). Un autre effecteur, le confort thermique (besoin d’énergie calculé par les équa-tions d’équilibre thermique) peut éventuellement être ajouté dans cette liste si le concepteur souhaite analyser les effets et les échanges thermiques du système.

En ce qui concerne le stockage d’énergie du véhicule, les batteries, les convertisseurs associés et la commande locale de ce groupe forment le stockage électrique au niveau fonctionnel. Par ailleurs, le réservoir de carburant avec le système de pompage compose le stockage de carburant.

Pour un modèle de la chaîne de traction du véhicule, les éléments de transformation sont définis en groupant les composants de traction du véhicule puisque leur fonctionnalité est de transformer le domaine physique d’énergie. Dans les travaux menés, il y a trois éléments transformateur proposés pour un VEH : i)transformateur F-à-M (fuel-à-mécanique ;

conversion d’énergie thermique en énergie mécanique) ; ii)transformateur M-à-E (mécanique-à-électrique ; conversion d’énergie mécanique en énergie électrique) et iii)transformateur E-à-M (électrique-à-mécanique ; conversion d’énergie électrique en énergie mécanique). Ces éléments représentent respectivement les groupes de composants physiques suivants : i)le moteur thermique avec la boîte de vitesse ; ii l’onduleur, la machine électrique (ou alternateur) avec ou sans réducteur et iii)l’onduleur, la machine électrique et le réducteur.

Par la suite, les éléments fonctionnels d’une chaîne de traction d’un VEH sont définis et paramétrés. Plus précisément, la conception de l’élément transformateur F-à-M est détaillée à partir de la chaîne de traction thermique. Les composants principaux de ce groupe sont illustrés dans laFigure 4.3.

4.1.1.1 Conception de l’élément transformateur F-à-M

Tout d’abord, les limites maximales sont définies pour les puissances en entrée (E) et en sortie (S) de l’élément transformateur. Ces informations déterminent l’acceptance (la puissance maximale acceptée d’un autre élément fonctionnel à un instant donné) et la disponibilité (la puissance maximale fournie à un autre élément fonctionnel à un instant donné) des ports source et consommateur. De façon générale, l’élément transformateur permet un transfert d’énergie bidirectionnel. Néanmoins, dans cet exemple particulier, l’élément transformateur F-à-M représente un groupe des composants caractérisé par un transfert d’énergie unidi-rectionnel. Par conséquent, l’acceptance du port source de cet élément est fixée à 0 (ici, le fonctionnement du frein moteur est négligé). De plus, la puissance mécanique maximale de la chaîne de traction thermique définie la disponibilité du port source de l’élément trans-formateur F-à-M. En outre, le rendement de la chaîne de traction thermique et la puissance thermique maximale que l’élément peut en recevoir définissent l’acceptance du port consom-mateur de l’élément transforconsom-mateur F-à-M. La disponibilité du port consomconsom-mateur est nulle, car cet élément ne permet pas la transmission d’énergie via le port consommateur (transfert unidirectionnel).