Optimisation conjointe consommation/pollution pour un véhicule hybride

Bron, Aout 2020

Contexte La question des émissions de polluants, notamment émis par les véhicules, est au cœur des enjeux

sanitaires et environnementaux des grandes agglomérations avec 48 000 décès induits en France par

la pollution au PM2.5 selon Santé Publique France et près de 500 000 décès prématurés en Europe

dus à la pollution de l’air selon l’Agence Européenne de l’Environnement. Le déploiement de

véhicules à faibles émissions est une des solutions mise en œuvre pour limiter la pollution de l’air.

Les véhicules hybrides électriques en associant un moteur thermique et une machine électrique

permettent de pouvoir tirer parti des avantages de chacune des motorisations (notamment

l’autonomie du véhicule thermique et l’absence d’émission à l’échappement pour le véhicule

électrique).

Le véhicule hybride est un système complexe constitué de plusieurs sources d’énergie. La possibilité

d’avoir des dimensionnements différents de la batterie par rapport au moteur thermique, couplée

aux diverses topologies possibles, représentent autant de degrés de liberté qui peuvent être

exploités pour son optimisation énergétique.

Mises à part quelques applications qui visent à augmenter les performances dynamiques des

véhicules (vitesse et accélération), l’objectif de l’hybridation est principalement la réduction de la

consommation énergétique. Afin d’atteindre cet objectif, des optimisations sont nécessaires sur

différents plans. Pour un usage donné, les performances énergétiques du véhicule hybride

dépendent de trois aspects fortement interdépendants qui sont i) la topologie (série, parallèle,

mixte) ii) le dimensionnement des composants iii) la stratégie de gestion de l’énergie entre les

différentes sources.

La stratégie de gestion assurant la minimisation de la consommation peut ne pas correspondre au

minimum des émissions de polluants. L‘objectif de ce stage est l’optimisation de la consommation

des motorisations hybrides tout en assurant des niveaux d’émissions les plus bas.

Sujet de stage La gestion de l’énergie est la partie de la commande qui assure la répartition de la demande du

conducteur entre les sources d’énergie du véhicule tout en contrôlant l’état de charge de la batterie

et l’actionnement des accessoires.

Il s’agit d’utiliser le degré de liberté de l’hybridation pour optimiser un critère, souvent la

minimisation de la consommation de carburant (équivalent dans une première approximation à une

minimisation des émissions de CO2). Cette thématique de recherche a été largement développée ces

dernières années, et des avancées significatives sont aujourd’hui publiées dans la littérature.

La prise en compte des émissions de polluants dans ce critère est plus récente. Les derniers travaux

menés dans l’équipe ECO7 de l’Université Gustave Eiffel et le laboratoire DRIVE de l’ISAT (thèse de

Alice Guille Des Buttes, 2017-2020) ont permis de calculer les paramètres de commande moteur qui

minimisent une fonction objectif tenant compte de la consommation et des émissions de polluants.

Des modèles de simulation sont disponibles au laboratoire pour caractériser ces différents

phénomènes. La méthode mise en œuvre dans les travaux de Alice Guille des Buttes est la

programmation dynamique, méthode très robuste mais qui se heurte à une explosion combinatoire

quand les états ou les grandeurs de commande deviennent nombreuses.

Le stagiaire devra prendre en main ces outils, et une fois familiarisé avec les modèles existants, il sera

amené à explorer d’autres méthodes d’optimisation basées sur la commande optimale (principe du

maximum de Pontryaguin, méthodes analytiques, …) ou d’autres formulations du problème.

Des travaux expérimentaux pourront compléter le travail du stagiaire si nécessaire. Des bancs d’essai

moteur sont disponibles dans les laboratoires de recherche, à Bron comme à Nevers.

Ce stage constitue une première approche de la recherche et le laboratoire souhaite poursuivre cette

expérience avec ce candidat dans un travail de thèse qui débutera à l’automne 2021 dans le cadre

d’un partenariat entre les laboratoires Eco7 et Drive.

Lieu/Durée Le stage se déroulera principalement sur le site de l’Université Gustave Eiffel de Bron (69500) pour

une durée de 4 à 6 mois. Des missions sur le site de l’ISAT sont envisageables.

Profil du candidat Les travaux feront appel aux disciplines suivantes : énergétique, motorisation thermique et

électrique, optimisation numérique, instrumentation. Le candidat devra avoir des compétences

minimales dans chacun de ces domaines. Il sera amené à réaliser des travaux expérimentaux et à

manipuler et/ou développer des modèles numériques.

Personnes à contacter Bruno Jeanneret bruno.jeanneret@univ-eiffel.fr

Bibliographie

Pandey, Varun, Bruno Jeanneret, Sylvain Gillet, Alan Keromnes, et Luis Le Moyne. «A simplified

thermal model for the three way catalytic converter.» TAP 2016, 21st International Transport

and Air Pollution Conference. 2016. 6--p.

Scordia, Julien, Matthieu Desbois-Renaudin, Rochdi Trigui, Bruno Jeanneret, François Badin, et Cédric

Plasse. «Global optimization of energy management laws in hybrid vehicles using dynamic

programming.» International Journal of Vehicle Design, Vol. 39, N° 4, 2005.

Vinot, Emmanuel et Bruno Jeanneret. «Fuel consumption vs pollutant emission trade-off for Hybrid

Electric Vehicle. An application of the Pontryagin’s minimum principle.» Vehicule Power and

Propulsion Conference, 2014.

Guille des Buttes, Alice, Bruno Jeanneret, Alan Kéromnès, Luis Le Moyne et Serge Pélissier. « Energy

management strategy to reduce pollutant emissions during the catalyst light-off of parallel

hybrid vehicles» Applied Energy, 2020