Energy optimization of a hybrid electric powertrain in real conditions (Real-Driving Emissions) using e-horizon

Le réchauffement climatique et la pollution de l’air figurent parmi les problématiques environnementales principales auxquelles la société est aujourd’hui confrontée. Dans ce contexte, d’ambitieux objectifs d’émissions ont été fixés aux constructeurs automobiles. De ce fait, l’électrification des chaînes de traction est un levier important de réduction des émissions. Devant les limites actuelles des véhicules électriques (temps de recharge, autonomie, prix),les véhicules hybrides apparaissent comme une solution intermédiaire importante entre véhicule conventionnel et véhicule électrique.L’hybridation de la chaîne de traction pose un nouveau problème technique : lorsque le conducteur appuie sur la pédale d’accélération et adresse ainsi une consigne de couple au calculateur, comment faut-il répartir cette demande de couple entre moteur thermique et machine électrique ? On souhaite effectuer cette répartition de manière à minimiser la quantité de carburant consommé et de polluants émis, sous la contrainte d’une quantité finie d’énergie disponible dans la batterie.Les travaux présentés dans ce manuscrit abordent différents aspects du problème : modélisation physique(évaporation de l’eau dans le catalyseur, émissions de particules à froid, émissions de polluants durant les transitoires), commande optimale à court terme visant à gérer de manière optimale les démarrages du moteur thermique et sa montée en charge, commande optimale à long terme visant à planifier de manière optimale sur un trajet l’utilisation de l’énergie initialement disponible dans la batterie, et enfin prédiction de vitesse du véhicule ainsi que de la destination du conducteur.Global warming and air pollution are among the main environmental issues to be faced nowadays. In this context, challenging emissions objectives have been set to car manufacturers, concerning both CO2 and pollutants. Powertrain electrification has consequently become an important way of emissions reduction. The current limitations on electric vehicles (charging time, range, customer cost) have made the hybrid electric vehicles appear as an appealing intermediate solution between conventional and electric vehicles. Powertrain hybridization leads to a new technical issue: when the driver pushes the pedal and send thus atorque reference to the control unit, how to split this torque demand between the internal combustion engine and the electric motor ? It is necessary to compute at each instant this torque split in order to minimize fuel consumption and pollutants emissions, under the constraint of a finite energy amount available in the battery.The studies presented in this manuscript tackle different aspects of this problem: physical modelling (water evaporation in the catalytic converter, cold-start particles emissions, pollutants emissions during engine transient operation), Short-term predictive control aiming to handle optimally engine starts and transients, long-term predictive control aiming to optimally plan on an oncoming trip the use of the energy initially available in the battery, and finally vehicle speed and destination forecast