Brevet FR2532687A1 — publié le 19840309

::0 - -= 2532687 : X INSTALLATION DE REGLAGE POUR UN POSTE DE COMM NDE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE Un véhicule automobile re prsente, en raison de la suspension élastique du moteur et du mécanisme de déplacement, un ensemble susceptible de subir des vibrations qui, lors d'influences pertur- batrices par exemple par suite&d 2 une variation brusque du débit de carburant lors du dosage du carburant du moteur ou en-raison d'une brusque variation de couple provoquée de l'extérieur (nid-de-poule-sur la chaussée) peut donner lieu a des vibrations plus ou moins amortieso Ces vibrations se situent, en règle générale, entre 1 et 8 hertz et sont ressenties comme des secousses répétées Les secousses se traduisent par des variations de la vites- se de rotation ou des déplacements relatifs entre mo- teur et carrosserie. Dans le cas de systèmes électro- niques d'injection Diesel, les informations nécessaires pour le dosage du carburant, par exemple position de la pédale, de marche, vitesse de rotation, etc sont captés par l'appareil de commande La valeur préscrite Uo prescrit de la voie de réglage calculée par l'ap- pareil de commande est mise en forme sur la pompe de carburant par le réglage du poste de commande à l'aide du poste de commande du débit Le système électronique d'exploration apporte, en raison du captage des signaux, du traitement des signaux et du système de réglage, des retards dans le circuit de réglage. Ces retards rendent le circuit de réglage instable ou sujet à des variations, ce qui, à son tour, entraine des secousses. Le DE-OS 29 o 6 782 décrit une installation pour amortir des vibrations de secousses dans un moteur à combustion interne Cet amortisse- ment est effectué de la manière suivante: des varia- tions de réglage sont dérivées, par l'intermédiaire d'un étage de différentiation, du signal de vitesse de rotation du moteur et, pour des grandeurs carac- téristiques de fonctionnement déterminées, il est effectué une action influant sur les grandeurs de commande du moteur en s'opposant aux vibrations des secousses Cette contre-commande agit dans la fréquen- ce des vibrations des secousses et elle dépend de la durée de fonctionnement du système Cette installation connue permet certes un amortissement relativement bon des vibrations des secousses, mais elle exige une dépen- se extrêmement élevée en élémentsde montage et/ou en traitement de signaux. L'un des objectifs de l'invention est d'obtenir avec des moyens relativement simples un amortissement effectif des secousses. L'invention concerne, à cet effet, une installation de réglage pour un poste de commande de moteur à combustion interne à auto-allumage du type comportant des détecteurs pour grandeurs caractéristi- ques de fonctionnement, un étage de commande de valeur prescrite, un point de comparaison à la suite pour valeurs effectives et prescrites, ainsi qu'un régula- teur électronique du poste de commande, et qui est 2 Z 532687 caractérisée particulièrement en ce qu'un signal de vitesse de rotation peut envoyé au régulateur élec- -tronique du poste de commande. Une telle installation présente, vis-à-vis de l'état de la technique mentionné ci-dessus, l'avantage que, grâce au traitement rapide de signaux de vitesse de rotation, des retards du système d'explo- ration n'ont pas besoin d'être-compensés en supplé- ment Grâce à la très faible avance de phase, sont ainsi obtenus des signaux plus silencieux et'un comportement moins sujet à dérangement D'autre part, il s'est avéré avantageux d'avoir la possibilité, grâce à l'installation de réglage conforme à l'invention, d'une optimisation séparée des divers composants de régulation individuels se rapportant à un régime stationnaire et à un régime dynamique. D'autres avantages de l'invention résultent d'indications techniques et descriptives qui suivront en regard d'exemples de réalisation, Plus précisément; l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci- après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la figure 1 montre un exemple de schéma de montage pour une régulation du débit au poste de commande dans le cas d'un moteur à combus- tion interne Diesel; - la-figure 2 montre un autre exemple de schéma de'montage dans le même cas; la figure 3 montre la zone partielle d'un schéma-bloc avec utilisation d'une simulation de vitesse de rotation; la figure 4 montre un autre exemple de réalisation pour une régulation du débit au poste de commande; et la figure 5 illustre la théorie - de la régulation prévue, avec graphiquescorrespondants. Les exemples de réalisation se rapportent à des régulations de débit au poste de commande avec rétroeaction de la vitesse de rotation pour des moteurs à combustion interne à auto-allumage, En figure 1, la référence 10 dési-gne un appareil de commande électronique qui, à c 8 té d'un signal d'un indicateur de position 11 de la pédale de marche, traite un signal de vitesse de rotation provenant d'un détecteur, non représentés de la vitesse de rotation Du c 8 té de sa sortie, l'appareil de commande électronique 10 est relié, par l'intermédiaire d'un filtre 12, à un point de soustraction 13, auquel fait suite à son tour un régulateur proportionnel-et par intégration Pl 14. Tandis que le signal de sortie du filtre 12 représente un signal de tension analogique concernant la valeur prescrite de position du poste de commande du débit, le signal de sortie du régulateur Pl 14 correspond; à une valeur prescrite de la vitesse de rotation. Au régulateur Pl 14 fait suite un montage en série du point de soustraction 15, du régu- lateur P 16 proportionnel -, du point de soustrac- tion 17, du régulateur proportionnel et par dériva- tion PD 18, du poste de commande de débit 19 de la pompe d'injection et enfin le moteur à combustion interne lui-même 20, A la sortie duquel peut être recueilli le signal effectif N de la vitesse de rota- tion Entre le poste de commande de débit 19 et le moteur à combustion interne 20 se trouve un point de prise pour un signal de position U effectif du poste de commande du débit, qui est envoyé chaque fois aux entrées négatives des points de soustraction 13 et 17. t-u* tt - t* e 1 tb,. En avant de l'entrée négative du point de soustraction 15 est placé un commutateur va-et-vient 21, qui lustre la possibilité de choisir d'introduire dans le circuit de réglage la valeur effective de la vitesse de rotation à partir de la sortie du moteur 20, soit directement, soit aussi par l'intermédiaire d'un déphaseur 22, La régulation du poste de commande du débit selon la figure 1 est constitué ainsi par trois circuits de réglage imbriqués l'un dans l'autre. Le circuit de réglage le plus intérieur comportant le régulateur 18 régulateur proportionnel et par différentiation a pour tâche de permettre de régler le plus rapidement possible à la valeur prescrite fvo prescrit la voie de réglage normale, c'est-à-dire la position du poste de commande du débit. Pour le circuit de réglage de la vitesse de rotation, le régulateur P 16 proportionnel -règle aussi rapidement que possible la valeur prescrite N prescrit. Afin que la position correcte Uo" prescrit du poste de commande du débit soit établie de façon stationnaire, la partie I par intégration du régulateur Pl 14 relativement lent ajuste le réglage jusqu'à ce que la position prescrite du poste de commande du débit coincide avec la position effective. Avec cette structure, il est assuré que la pompe d'injection reçoit aussi rapidement que possible - l'information nécessaire concernant la vitesse de rotation considérée. Ce qui est essentiel pour l'objet de l'invention, c'est que l'intervention de la vitesse de rotation est prévue après un régulateur avec partie I par intégration -,'c'est-à-dire que l'information de vitesse de rotation n'est pas retardée par des éléments de rotation de phases Partant de cette conception de base, la figure 2 montre une simplification de la régulation au poste de commande représenté en figure 1 Les mêmes composants de régulation y sont affectés de références identiques Entre les points de soustraction 13 et 15 est prévu, selon l'objet de la figure 2, un régulateur proportionnel, par intégra- tion et par dérivation PID 25 et le point de sous- traction 15 est suivi lui-même d'un régulateur - proportionnel P 26 Il est visible, aussi, au sujet de l'objet de la figure 2, qu'après la seconde introduction d'une valeur effective de la vitesse de rotation au point de soustraction 15, il n'y a p 7 lus d'élément de rotation de phase qui agisse. L'introduction de la rétroaction de la vitesse de rotation dans le circuit de réglage du poste de commande du débit présente aussi un avan- tage pour l'optimisation du système En règle générale, l'appareil électronique de commande comprend un diagramme caractéristique de la pédale de marche, duquel on peut tirer un débit de carburant en fonc- tion de la position de la pédale de marche et de la vitesse de rotation Dans ce diagramme caractéris- tique, le débit de carburant QK dépend de la vitesse de rotation pour une position constante de la pédale de marche. Dans des systèmes connus, ce diagramme caractéristique a été entre autres réalisé de telle manière, que le débit de carburant QK repré- sente par rapport à la vitesse de rotation une contre-réaction, même celle-ci étant faible Grâce à la rétroaction de la vitesse de rotation dans le circuit de réglage du poste de commande du débit, le diagramme caractéristique de la pédale de marche n'a besoin d'être réalisé que pour le fonctionnement Stationnaire La réalisation pour le fonctionnement 1 _ dynamique est effectuée par l'intermédiaire du cir- cuit de réglage du poste de commande du débit Par suite, les exigences puur les fonctionnements - stationnaire et dynamique peuvent être séparément prises en considération et optimisées. Le filtre 12 visible, aux figures 1 et 2, après la sortie de l'appareil de commande électronique 10 est prévu parce que, dans le cas d'oscillations de la vitesse de rotation, la valeur prescrite de-la position du poste de commande du débit oscille en-mâme temps, toutefois dans une position de phase différente Afin que l'action de la rapide rétroaction de la vitesse de rotation sur le circuit de réglage ne soit pas perturbée par des variations dans le-signal prescrit de position comme signal de sortie de l'appareil électronique de, commande 10 avec une autre position de phase, il peut' être nécessaire de filtrer cette valeur prescrite de position Suivant le cas d'utilisation, le filtre 12 présente cependant l'inconvénient qu'une' régulation. en marche à vide, dont le régulateur se trouve dans l'appareil de commande 10, peut devenir instable. Dans ce cas, la sortie du régulateur de marche à vide doit alors être introduite après le filtre-12 dans la ligne de signaux ' De mime, suivant le cas d'utili- sation, le déphaseur 22 s'est avéré nécessaire, à savoir lorsque les secousses ne peuvent pas être amorties de façon satisfaisante seulement en raison -de l'intervention interne de la vitesse de rotation. Cette possibilité est représentée au moyen du commu- tateur va-et-vient 21, qui illustre la mise en oeuvre des objets des figures 1 et 2, une fois avec, et l'autre fois sans déphaseur 22 Ce déphaseur 22 a la tâche de décaler en avance la position de phase du signal de vitesse de rotation, afin que la-stabilité du circuit de réglage soit accrue O A titre d'exemple, il peut représenter un élément à action proportionnelle et par différentiation. En outre, la réalisation d'un déphaseur de phase est possible de la manière suivante, à savoir qu'à un point de soustraction situé dans la ligne de sortie est envoyé le signal effectif de la vitesse de rotation par l'intermédiaire de l'entrée positive et, à l'entrée négative, ce signal effectif de vitesse de rotation est envoyé par Ilintermédiairè d'un filtre passe-bas Cette disposition agit pour de basses fréquences comme un élément D à action par dérivation pour des fréquences élevées et cepen- dant comme un élément P à action proportionnelle (élément DTA) De cette manière, il est possible d'obtenir une rétroaction sans parties égales de la vitesse de-rotation Cet élément 22 permet de régler l'amplification dynamique de la rétroaction de la vitesse de rotation. Pour capter la valeur effective de la vitesse de rotation, l'on dispose, en corres- pondance avec l'état de la technique multiple exis tant en ce domaine, de possibilités également multi- ples En considération de la conception de base de l'invention, il convient de donner la priorité à une détection aussi rapide que possible de la vitesse de rotation. Il est possible également de simuler la vitesse de rotation sur un modèle de moteur à combustion interne en partant de-la position considérée du poste de commande du débit Ceci est représenté à l'aide de la figure 3 Le signal effectif U* i 5 caractéristiques de fonctionnement comme, par exem- ple, la température Pour des modèles de plus grande valeur,,d'un autre c 8 té, il est nécessaire d'engager une dépense considérable en technique de montage et/ou en technique dé programme. La figure 4 montre, de façon grossièrement schématique, un autre exemple de réalisation d'une régulation du poste decommande du débito Il y est utilisé, dans la plus large mesure, les m 9 mes références qu'en figure 1 Une unité de déphasage, repérée par -la référence 40, est prévu, comme étant un amortisseur des secousses, *et se trouve placée entre la sortie de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 20 et le point de soustraction 13. A ce point de soustraction 13 fait suite, de façon correspondant à la représenta- tion de la figure 1, un régulateur complet PID proportionnel, par intégration et par dérivation qui est désigné en suivant l'exemple des désigna- tions de la figure 1 par 14, 16, 18 Une rétroaction 41 avec le régulateur PID 14, 16, 18 est, selon la conception de la figure 4 branchée également sur le point de soustraction 13. L'amortisseur des secousses, c'est-à-dire aussi bien l'unité de déphasage 40, comprend, selon la conception de la figure 4, trois blocs partiels, à savoir un élément de retard 41, un élément D par dérivation avec partie de retard 42, ainsi qu'un élément d'amplification 43 Le but de l'ensemble de ces unités 41 à 43 est d'obtenir un amortissement optimal des secousses par ltinter- médiaire d'une rapide évaluation de la vitesse de rotation (grandeur de remplacement pour le couple des secousses) et avec une réponse en fréquence favorable du déphasèur sur la fréquence des secousses fonction du régime de transmission Les représentations indiquées par la figure 5 servent à la compréhension de l'unité de la figure 4 Pour simplifier, les éléments d'amplification et de retard 41, 43 sont rassemblés en une unité, à laquelle fait suite l'élément D - par dérivation avec partie de retard 42. La caractéristique la plus im- portante réside à présent dans le fait que la réponse en fréquence, décrite ci-après, de la'rétroaction sur l'amortisseur des secousses 40, c'est-à-dire l'unité de déphasage, présente alors toujours la caractéristiques proposée. Cet élément PDT 40 (proportionnel, par dérivation et avec atténuation en T), fonction de la fréquence, se distingue, selon le diagramme de Bode, (figures 5 b, c) par les allures de variations suivantes: l'amplification augmente avec la fréquence; 253,2687 t 11 l'avance-de phase diminue avec la fréquence, ce qui est valable chaque fois dans la zone de fréquence des amortissements fonction du régime de transmission de vitesse. L'élément D 42 avec partie de retard fournit alors, avec la fréquence des secousses augmentant de la première a la quatrième vitesse de transmission, l'amplification croissante, 'et sa partie de retard y ajoute le retard de phase: La combinaison des deux parties est caractérisée par la position de leur valeur caractéristique (fréquence de coupure); la D-constante de temps T 2: - T 2;:_ 1 ère vitesse, o W = 2 nf se situe 9 dans le diagramme de Bode, à proximité de la fréquence des secousses lors de la première vitesse (correspondant à la démultiplication la plus grande); la constante de temps de retard T - n T 1 4 ème vitesse se situe, dans le diagramme de Bode, légèrement audessus de la fréquence des secousses lors de la 4 ème vitesse (démultiplication la plus petite); la fréquence de coupure en raison de la partie de retard de l'élément D 42 doit se situer également au-dessus de la fréquence des secousses lors de la 4 ème vitesse: ' TD 1 4 ème vitesse -; la constante de temps de l'évaluation de la vitesse de rotation (filtre) est contenue dans Tn, ce qui signifie une rapide évalua- tion de la vitesse de rotation; - l'unité 40 corrige les secousses de façon inversement proportionnele auchiffre de la vitesse de transmission, c'est-à-dire aussi bien que son amplification est proportionnelle à la fréquence des secousses. Ces dimensionnements s'obtiennent sur la base des relations suivantes: l'amplitude des secousses est plus grande lorsque la démultiplication est plus grande; la fréquence des secousses reste constante pour tout régime de vitesse de transmission donné; la fréquence des secousses pré- sente, pour un régime de transmission delmultipliant relativement fortement, une valeur relativement basse, par exemple pour une vitesse de transmission de - véhicule, la zone est située de 2 à 8 hertz. La fréquence des secousses et l'amplitude des secousses -sont ainsi donc des grandeurs caractéristiques-pour le régime de transmission considé- ré Par rapport à un réglage donné du débit de car- burant sans amortisseur des secousses, le signal de correction de-l'unité 40 intervient aussi bien dans l'amplification que dans la phase sur l'amortissement des secousses: l'avance de la phase doit 6 tre plus forte pour un régime de vitesse de trans- mission plus grand; l'amplification doit augmenter en allant vers un régime de vitesse de transmission plus petit (bien que l'amplitude des secousses soit ici plus faible) Cela s'explique par le rapport de transmission du mécanisme L'amplification maximale est limitée par la limite de stabilité (par exemple d'un réglage de marche à vide) - Les secousses différentes -suivant les régimes de transmission peuvent être maîtrisées, en conformité avec ces propriétés, par cet élément fonction de la fréquence qui résulte du diagramme de Bode-selon les figures 5 b et c, o sont inscrits pour les régimes de transmission chaque fois des points d'amortissement optimal: l'amplification croissante exigée à mesure que la fréquence des secousses est plus élevée est fournie par l'élemnt D 42, l'avance de phase moindre est fournie par l'élément PT 1; 41, 43. La courbe caractéristique de l'élément-D 42 et la fréquence d'inflexion de l'élément PT doivent, selon la figure 5 b, Stre décalées l'une par rapport à l'autre de telle manière, que l'allure de la courbe PDT désirée, dans le dia- gramme de Bode (figure 5 b), vienne se situer dans la zone de la fréquence des secousses Les courbes d'amplification et de phase doivent avoir une allure à peu près proportionnelle à la fréquence des secousses, étant donné que la fréquence des secousses, avec l'op- timisation qui est à la base et également l'impor- tance de la correction nécessaire pour l'amortisse- ment, rapportées à la variation de la vitesse de rotation, sont directement proportionnelles à la valeur inverse du chiffre du rapport de transmission, la correction avec l'élément PDT décrit peut être admise comme étant valable d'une façon tout a fait générale. La zone de la fréquence des* secousses s'étend, en chiffre rond, sur une décade, c'est pourquoi l'on peut, dans le diagramme de Bode, effectuer avec une bonne approximation, la construc- tion de la courbe cumulée de la façon suivante: on place la fréquence d'inflexion de l'élément PD à proximité de la fré- quence des secousses du plus petit régime de vitesse de transmission, afin que l'allure arc tangente de la courbe de phase se rapproche bien des points désirés (d'autres parties de retard possibles doivent se situer au-dessus de la zone de la fréquence des secousses); la partie D est placée de. telle manière, que la courbe d'amplitude, pour la fréquence des secousses qui se présente pour la première vitesse de transmission, coupe l'amplifica- tion de l'élément PT Etant donné que les allures de variations réelles s'écartent d'asymptotes, la quatrième vitesse de transmission ne se situe plus sur les droites au-dessous de 45 degrés (phase), ce qui cependant va à l'encontre des valeurs désirées. Les représentations de la régu- lation du poste de commande du débit suivant les figures 1, 2 et 4 suggèrent un traitement de signal analogique Il convient cependant de souligner que ce traitement de signal, en correspondance avec la représentation en bloc schématique des figures 1, 2 et 4,-peut être également de nature numérique, connaissant les représentations des figures 1, 2 et 4, une programmation d'ordinateur ne pose pas de problème pour un homme du métier spécialisé. * 15 - REVENDICATIONS 1 Installation de réglage pour un poste de commande de moteur à combustion interne à auto-allumage, comportant des détecteurs pour grandeurs caractéristiques de fonctionnement, un étage de commande ( 10) de valeur prescrite, un point de comparaison à la suite ( 13) pour valeurs effective et prescrite, ainsi qu'un régulateur élec- tronique ( 14, 16, 18, 25, 26) du poste de commande, installation caractérisée en ce qu'un signal de vitesse de rotation peut $tre envoyé au régulateur électronique ( 14, 16, 18, 25, 26) du poste de commande ( 10). 2 Installation de réglage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'introduc- tion du signal de vitesse de rotation steffectue après-un élément de rotation dephase du régulateur du poste de commande. 3 Installation de réglage selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, carac- térisée en ce que le signal de vitesse de rotation peut être envoyé au régulateur du poste-de commande par l'intermédiaire d'un déphaseur ( 22, 40). 4 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisée en ce que le signal de vitesse de rotation est introduit après un élément de régulateur à comportement par intégration. 5 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un appareil de commande électronique ( 10), partant d'un signal de vitesse de rotation et d'un signal de position de la pédale de marche, forme un signal prescrit pour un poste de commande, la valeur 1 6prescrite est comparée à une valeur effective, le résultat de la comparaison est une grandeur d'entrée d'un régulateur Pl ( 14) proportionnel et par intégra- tion et ensuite le signal de vitesse de rotation est introduit sur un point de comparaison ( 15) et son résultat de comparaison détermine à son tour, par l'intermédiaire d'un régulateur présentant au mbins un comportement P proportionnel la position du poste de commande (Og). 6 Installation de réglage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le régula- teur Pl ( 14) proportionnel et par intégration - présente en plus un comportement D par dérivation- (régulateur PID 25)-. 7 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le signal de sortie de l'appareil de commande électronique ( 10) peut être envoyé à un filtre ( 12). 8 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par son utilisation en liaison avec le poste de comman- de du débit de carburant et/ou avec le dispositif de réglage de l'injection d'un moteur à combustion interne à auto-allumage. 9 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le signal de vitesse de rotation nécessaire pour l'amortissement des secousses provient d'un dispositif de simulation ( 30). 10 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, carac- térisée en ce que la réponse en fréquence du dépha- seur ( 22, 40) est réalisée de telle manière, qu'elle traite la dépendance du régime du rapport de trans- mission contenue dans'la fréquence et l'amplitude des secousses et présente par suite un comportement PD(T) proportionnel et par dérivation (avec atténuation en T). 11 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'amplification du déphasage augmente proportionnellement à l'accroissement de la fréquence des secousses. 12 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'avance de phase du déphaseur diminue lorsque la fréquence des secousses s'accroit. 13 Installation de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la partie D dérivation et la fréquence de coupure de la partie PT proportion- nelle, avec atténuation peuvent 4 tre décalées d'après la détermination de la zone du rapport de transmission, la partie D dérivation se règle d'après la fré- quence des secousses la plus basse et la fréquence d'inflexion PT proportionnelle, avec atténuation - se situe au-dessus de la fréquence des secousses la plus élevée.