Zugl.: Clausthal, Techn. Univ., Diss., 2009

Contribution au développement et à l'optimisation des machines électriques à courant continu pour des applications Stop-Start Résumé Actuellement le marché automobile est en forte demande de modèles hybrides capables de limiter les consommations et les rejets de CO2. Parmi les diff érentes solutions technologiques possibles, cette thèse traite d'un dispositif microhybride de type Stop-Start reposant sur l'utilisation de moteurs à aimants permanents à commutation mécanique. Ce travail de recherche, encadré par Valeo et le laboratoire de Génie Électrique de Grenoble (G2Elab), a pour vocation à élaborer des méthodologies de conception permettant une implémentation facile et à bas coût de cette fonction. L'étude se concentre sur une modélisation numérique rigoureuse de la machine électrique pour ensuite analyser plusieurs améliorations techniques du démarreur en vue d'augmenter ses performances. Pour cela nous avons développé un modèle précis et rapide de la machine grâce à une approche d'identication des paramètres par optimisation et en utilisant la méthode des plans d'expériences. Ce modèle nous a permis de proposer des structures de démarreurs renforcés adaptés à la fonction Stop-Start. / Contribution to the development and optimization of direct-current machines for automotive stop-start applications abstract currently in the automotive market, the demand for hybrid vehicles is booming. These vehicles are meant to reduce fuel consumption and CO2 emissions. Among various possible technological solutions, this thesis deals with one of the Stop-Start technologies of micro-hybrid vehicles that is based on the use of permanent-magnet brushed DC motors. The present work, performed under a partnership between Valeo and Grenoble Electrical Engineering laboratory (G2Elab), aims to develop new design methodologies allowing the implementation of this system in a cheap and easy way. The study focuses on a rigorous numerical modeling of the electrical machine in order to analyze several technical improvements and to achieve a better performing car starter. To this end, we have developed a fast and accurate numerical model of the motor through a parameter identication technique using the design of experiments optimization approach. This model has enabled us to propose several enhanced starter motor structures, suitable for the Stop-Start function.

Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2009

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Cette thèse présente un nouveau système de stabilisation de la tension batterie spécialement destinés aux véhicules Stop-Start, économique et compact, nommé LVSS (Linear Voltage Stabilization System). Le LVSS se comporte comme une résistance variable et limite le courant à l’aide de transistors MOSFET fonctionnant en mode linéaire. Il permet donc de stabiliser la tension de la batterie pendant le démarrage du moteur à combustion interne (ICE). Un prototype a été conçu et testé sur une voiture. Les résultats ont montré que la tension était stabilisée tout en limitant le courant de démarrage. De plus la solution proposée n’impacte pas sur les performances globales du système Stop-Start et comme les transistors fonctionnent en mode linéaire, cette solution n’émet pas de perturbations CEM. / This thesis presents a new Linear Voltage Stabilization System (LVSS) specially designed for µ-hybrid vehicles using the Stop-Start function. The LVSS stabilizes the battery voltage during the start-up of the Internal Combustion Engine (ICE) limiting the start-up current using parallels MOSFETs working in linear mode. A prototype was developed and tested in a car. Results have shown the battery voltage properly stabilized limiting the start-up current. Furthermore the proposed solution does not impact on the overall performance of the Stop-Start. Main advantages are its small volume, low price and the fact that there is no EMC perturbation as transistors work in linear mode.

Actuellement le marché automobile est en forte demande de modèles hybrides capables de limiter les consommations et les rejets de CO2. Parmi les diff érentes solutions technologiques possibles, cette thèse traite d'un dispositif microhybride de type Stop-Start reposant sur l'utilisation de moteurs à aimants permanents à commutation mécanique. Ce travail de recherche, encadré par Valeo et le laboratoire de Génie Électrique de Grenoble (G2Elab), a pour vocation à élaborer des méthodologies de conception permettant une implémentation facile et à bas coût de cette fonction. L'étude se concentre sur une modélisation numérique rigoureuse de la machine électrique pour ensuite analyser plusieurs améliorations techniques du démarreur en vue d'augmenter ses performances. Pour cela nous avons développé un modèle précis et rapide de la machine grâce à une approche d'identi cation des paramètres par optimisation et en utilisant la méthode des plans d'expériences. Ce modèle nous a permis de proposer des structures de démarreurs renforcés adaptés à la fonction Stop-Start.

For vehicles whose duty cycle is dominated by start-stop operation, fuel consumption may be significantly improved by better management of the start-stop process. Pneumatic hybrid technology represents one technology pathway to realise this goal. Vehicle kinetic energy is converted to pneumatic energy by compressing air into air tank(s) during the braking. The recovered air is reused to supply an air starter, or supply energy to the air path in order to reduce turbo-lag. This research aims to explore the concept and control of a novel pneumatic hybrid powertrain for a city bus application to identify the potential for improvements in fuel economy and drivability. In order to support the investigation of energy management, system architecture and control methodologies, two kinds of simulation models are created. Backward-facing simulation models have been built using Simulink. Forward-facing models have been developed in the GT-POWER and Simulink co-simulation. After comparison, the fully controllable hybrid braking system is chosen to realize the regenerative braking function. A number of architectures for managing a rapid energy transfer into the powertrain to reduce turbo-lag have been investigated. A city bus energy control strategy has been proposed to realize the Stop-Start Function, Boost Function, and Regenerative Braking Function as well as the normal operations. An optimisation study is conducted to identify the relationships between operating parameters and respectively fuel consumption, performance and energy usage. In conclusion, pneumatic hybrid technology can improve the city bus fuel economy by at least 6% in a typical bus driving cycle, and reduce the engine brake torque response and vehicle acceleration. Based on the findings, it can be learned that the pneumatic hybrid technology offers a clear and low-cost alternative to the electric hybrid technology in improving fuel economy and vehicle drivability.