Brevet FR2532686A1 — publié le 19840309

Procédé de régulation de la vitesse de ralenti d'un moteur thermique. La présente invention concerne l'asservissement de la vi- tesse du ralenti sur les véhicules automobiles à allumage com- mandé. L'objectif est de maintenir la vitesse du ralenti aussi proche que possible de la valeur de consigne et de l'y ramener rapidement et sans pompage lorsqu'elle s'en écarte brutalement sous l'effet d'une perturbation extérieure (variations de ri- chesse, d'avance, lâcher de pied, sollicitation de la direc- tion assistée, etc). Pour cela, on intervient sur la quantité d'air admise dans le collecteur d'admission à l'aide d'un actuateur agis- sant, soit en faisant varier la section d'un bi-passe, soit en entreballlant plus ou moins le papillon, la classique butée de ralenti étant alors rendue mobile. La période-s'écoulant entre deux allumages successifs constitue le paramètre principal d'entrée du dispositif à commande numérique élaborant le signal de commande de l'ac- tuateur par le procédé selon l'invention. Des paramètres auxiliaires tels que contact pied-levé, pression dans le collecteur d'admission, température d'eau, potentiomère sur axe de papillon, (liste non exhaustive) ne sont utilisés que pour adapter les conditions de mise en oeuvre pratique du procédé de régulation (interdiction dde fonctionnement en charge ou en décélération etc) ou élargir sa fonction initiale (départ à froid, amortissement etc) Au ralenti, les moteurs sont souvant le siège de phéno- mènes intrinsèques de pompage (créneaux de richesse dus à la sonde à oxygène, sautes d'avance, résonnance remplissage- richesse etc) Il n'appartient pas à la régulation de vitesse du ralenti de les supprimer, c'est le rôle des motoristes Par contre, le procédé de commande de la régulation devra prendre garde à ne pas les amplifier, tout en corrigeant rigoureuse- ment tout écart de vitesse par rapport à la consigne. On connalt déjà de tels procédés, mais ces procédés anté- rieurs présentent les inconvénients suivants: soit ils travaillent en vitesse, et cette dernière coûte à obtenir en temps et en occupation mémoire Soit, ils travaillent en période, et rien d'intrinsèque dans l'algo- rithme de base ne filtre les variations non significatives d'un cycle à l'autre. Ils n'offrent pas, comme la présente invention, la possibilité de passer, pratiquement sans modifications, d'un type d'actuateur à un autre (moteur continu bipolaire à moteur pas à pas). La durée d'une commande correctrice de l'actuateur peut excéder la période séparant deux allumages consécutifs Il en résulte pour le microprocesseur une gestion complexe des temps et l'intégration à un procédé d'injection-allumage est dans ces conditions mal aisée. En l'absence d'effet intégral, d'une part la précision sur la valeur finale atteinte est mauvaise, d'autre part on constate une néfaste propension à amplifier les instabilités du moteur. La sortie vers l'actuateur est composée, donc lourde à gérer Par exemple, il revient à l'effet proportionnel de décider ou non d'une impulsion correctrice tandis que l'effet différentiel reçoit pour rôle d'en régler l'amplitude. Leur stratégie de base ne possède pas implicitement d'effet antidépassement (ou antiover-shoot) lors des retours à la valeur de consigne sur lâcher de pied. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents et d'assumer la régulation de vitesse au ralenti des moteurs d'automobile à allumage commandé, de façon simple, économique, fiable et avec une bonne immunité contre les instabilités propres du moteur. L'invention concerne un procédé de régulation de la vitesse de ralenti d'un moteur thermique à allumage commandé par modification du débit d'air admis au collecteur d'admis- sion lorsque sont détectées les conditions de ralenti, cette modification étant opérée essentiellement par un actuateur à double action faisant varier la section de passage d'un bi- passe en parallèle avec le papillon des gaz habituel ou la position de la butée de ralenti de ce papillon, le signal de commande de l'actuateur étant élaboré par un microprocesseur recevant les signaux des paramètres d'entrée, notamment le courant primaire d'allumage, procédé caractérisé par le fait que, à chaque impulsion d'allumage matérialisée par I'inter- ruption du courant primaire, a) on mémorise le contenu d'un compteur de signaux d'hor- loge dans une mémoire de PERIODE, après qu'on ait transféré le contenu de cette dernière dans une mémoire de PERIODE PRECE- DENTE, puis on remet à zéro le compteur de signaux d'horloge; b) on détermine la PERIODE DE CONSIGNE, par exemple par une table de valeurs, en fonction des paramètres d'entrée, notamment de la température de l'eau de refroidissement du moteur; c) on détermine I'ECART entre la période mémorisée et la période de consigne;s d) on détermine un SEUIL, par exemple par une table de valeurs, en fonction de l'écart; e) on détermine une PENTE comme différence entre la période et la période précédente; f) on détermine éventuellement (si l'écart est négatif et au moins si la pente est positive) une pente maximale (MAXPENTE), également en fonction de l'écart; - g) si l'écart est positif ou nul, ou si la pente est négative ou nulle, ou encore si la pente est inférieure ou égale à ladite pente maximale, on détermine éventuellement une PENTE PONDEREE, produit de la pente par un nombre (N) de pondération prédéterminée, on calcule une nouvelle valeur d'une somme (SUM) en ajoutant algébriquement à la valeur précédente de cette grandeur l'écart et éventuellement la pente pondérée, et on compare la valeur absolue de cette nouvelle valeur (SUM) au seuil; h) on détermine éventuellement (si ladite valeur absolue est supérieure ou égale au seuil) un RESTE comme différence entre la somme (SUM) et le seuil; i) enfin, en fonction des diverses comparaisons entre ces diverses valeurs et selon l'organigramme représenté sur la figure 2, on détermine si l'on doit ou non envoyer un signal de commande à l'actuateur et dans quel sens, avant de trans- férer le reste dans la mémoire de la somme pour recommencer un nouveau cycle en attente d'une nouvelle interruption d'alluma- ge. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation et de mise en oeuvre pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel: la figure l représente l'organe de commande, et la figure 2 représente l'organigramme du procédé. On voit sur la figure i l'ensemble mécanique actuacteur- boîtier papillon Un volet de papillon 2, monté dans le bol- tier papillon 1, est entraîné en rotation par le levier 3 sur lequel vient s'accrocher en 4 la commande d'accélérateur La fermeture du papillon est limitée par le butée de ralenti 5, mobile en translation sous l'action de l'étage réducteur- transformateur de mouvement 6, mû lui-même par le moteur 7. L'invention vise à réaliser-numériquement un asservis- sement de vitesse du ralenti d'un type simulant une régulation dite "proportionnelle intégrale différentielle", type que l'on désignera dans ce qui suit par "pseudo-P I D ", afin de bénéficier des avantages de ce type de régulation, c'est-à- dire de présenter une meilleure immunité contre les instabi- lités propres du moteur, et de rattraper en amortissant vigou- reusement tout écart de période significatif par rapport à la valeur de consigne. A chaqueallumage, la situation est réévaluée Selon le résultat du calcul le microprocesseur commande ou non à l'actua- teur une correction de sens approprié èt d'amplitude prédéter- minée un (ou plusieurs) pas, dans le cas d'un moteur pas à pas; un temps de conduction dans le cas d'un moteur bi- polaire. Suivant une caractéristique de l'invention, le nombre de pas ou le temps de conduction sont fixés à l'avance, indépen- damment du procédé selon l'invention Ce dernier ne fait que déterminer s'il y a ou non lieu de faire générer par l'actua- teur une action correctrice de base et d'en préciser le sens. Il en résulte une grande souplesse d'adaptation aux divers types et caractéristiques d'actuateurs ainsi qu'une bonne compatibilité avec les logiciels existants d'injection- allumage. Les diverses initialisations requises une fois effectuées et si, par ailleurs, les multiples informations reçues par le microprocesseur lui permettent de considérer le moteur comme étant dans les conditions de régulation du ralenti, alors à chaque occurence d'une interruption du courant primaire d'allu 13 mage le microprocesseur parcourt l'organigramme de la figure 2 dont on va examiner les diverses phases sous-programme de traitement des interruptions allumage Calcul de la PERIODE écoulée entre les deux derniers allumages. Modification de l'adresse et du pointeur de pile pour retour au programme principal. Lecture dans une table de la période de CONSIGN Eo Elle est fonction de la température d'eau et éventuellement d'autres paramètres. Calcul de l'ECART: ECART = PERIODE CONSIGNE Lecture dans une table de SEUIL Plus grand sera l U Ee ART par rapport à la consigne, plus faible sera le SEUIL de débordement du registre d'intégration SUM pour obtenir l'effet proportionnel Calcul de la: PENTE = PERIODE PERIODE ANTERIEURE Point de branchement N 3 1 Point de branchement n 2 Calcul de la PENTE PONDEREE : PENTE PONDEREE = PENTE x N N, coefficient de pondération, permet de donner plus ou moins de poids à l'effet différentiel On choisit de -2532686 préférence une puissance de 2 Il faut prévoir une saturation de la PENTE PONDEREE pour que le résultat soit exprimable avec le nombre de bits du registre d'intégration. Calcul de la valeur du registre d'intégration SUM SUM = SUM + ECART + PENTE PONDEREE Test sur la valeur absolue de SUM: Si ISUMI le temps de conduction'de fermeture. Commander à l'actuateur une impulsion de fermeture. Point de branchement n 4 Faire: SUM = RESTE Faire: PERIODE ANTERIEURE = PERIODE Attendre la prochaine interruption allumage. Point de branchement n 3: si l'actuateur est un moteur continu bipolaire charger le temps de conduction d'ouverture. Commander à l'actuateur une impulsion ouvrante. Aller au point de branchement n 4. Point de branchement N 1: Si ECART e O aller au point de branchement n 2, Si PENTE ' O aller au point de branchement n 2, Lire dans une table la PENTE maximale admissible (MAXPENTE) en fonction de l'écart En effet, si la vitesse de rotation décroft très rapidement tout en étant légèrement supérieure à la consigne, on peut craindre qu'il y ait dépassement (ou "over-shoot") et même calage D'o, en fonction de i'ECART une VALEUR DE PENTE à ne pas dépasser. Test sur la valeur de PENTE: Si PENTE d MAXPENTE aller au point de branchement 2 Si PENTE > MAXPENTE continuer en séquence Faire: RESTE O O Aller au point n 3. L'algorithme susmentionné réalise comme on va le voir un asservissement de vitesse de type pseudo P I D. L'instruction "SUM = SUM + ECART" constitue l'effet INTEGRAL Elle évite au microprocesseur d'être abusë par des dispersions cycliques et des pompages de faibles amplitudes, lesquels par sommation s'annulent algébriquement. Le choix judicieux de la valeur de SEUIL crée une tempo- risation permettant de tenir compte du retard du système. La décroissance de la valeur de SEUIL en fonction de 'ECART réalise l'effet PROPORTIONNEL, réaction d'autant plus vigoureuse qu'on s'éloigne de la consigne. Il va de soi que, si besoin est et sans changer la philo- sophie générale de l'invention, on peut dissymétriser le fonc- tionnement en créant un SEUIL pour les dépassements positifs et un SEUIL pour les dépassements négatifs. L 1 instruction "SUM = SUM + ECART + PENTE PONDERE Es' (lorsque N est différent de zéro) constitue l'effet DIFFERENTIEL PRINCIPAL La comparaison de la PENTE à une pente maximale admissible (MAXPENTE) lorsque la PERIODE crott vers la CONSIGNE n'en est qu'un aspect marginal sécurisant dans certains cas de fonctionnement Le même processus peut 1 être appliqué symétriquement, si besoin est lorsque la PERIODE décroît vers la CONSIGNE. L'action dérivée minimise: l'écart par rapport à l'action proportionnelle lorsque le système s'éloigne brutalement de la valeur de consigne; le dépassement (ou "over-shoot") lors du retour vers la valeur de consigne (amortissement). Selon une autre caractéristique de l'invention, et c'est là un avantage, la commande de l'actuateur s'effectue sous la forme unique d'"une action correctrice de base". Dans le cas d'un moteur continu bipolaire cette action peut être d'amplitude différente (temps de conducti on) selon qu'elle ouvre ou ferme le papillon Dans un cas le ressort de rappel est tendu, dans l'autre détendu ce qui entraîne des efforts inégaux De même, une variation de la tension batterie peut justifier une modification de l'intensité de cette action de base. Mais, dans tous les cas, le calibrage du temps de conduc- tion s'effectue en dehors du procédé de régulation selon l'in- vention Le plus souvent, ce temps est une constante Le résultat constitue l"'action correctrice de base'. Après l'allumage, c'est le rôle de l'invention de décider ou non l'application d'une "action correctrice de base" et dans le sens souhaité. Même remarque avec un moteur pas à pas, le nombre de pas jouant dans ce cas le rôle du temps de conduction pour la détermination de iliaction correctrice de base". On peut choisir les caractéristiques techniques de façon à pouvoir se satisfaire d'un nombre de pas constant et égal à 1 REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation de la vitesse de ralenti d'un moteur thermique à allumage commandé par modification du débit d'air admis au collecteur d'admission lorsque sont détectées les conditions de ralenti, cette modification étant opérée essentiellement par un actuateur à double action ( 6-, 7) fai- sant varier la section de passage d'un bi-passe en parallèle avec le papillon des gaz habituel ou la position de la butée ( 5) de ralenti de ce papillon, le signal de commande de l'ac- tuateur étant élaboré par un microprocesseur recevant les signaux-des paramètres d-'entrée,-notamment le courant primaire d'allumage, procédé caractérisé par le fait que, à chaque impulsion d'allumage matérialisée par l'interruption du cou- rant primaire, a) on mémorise le contenu d'un compteur de signaux d'hor- loge dans une mémoire de PERIODE, après qu'on ait transféré le contenu de cette-dernière dans une mémoire de PERIODE PRECE- DENTE, puis on remet à zéro le compteur de signaux d'horloge; b) on détermine la PERIODE DE CONSIGNE, par-exemple par O une table de valeurs, en fonction des paramètres d'entrée, notamment-de la temperature de l'eau de refroidissement du moteur; c) on détermine l'ECART entre la période mémorisée et la période de consigne; d} on détermine un SEUIL, par exemple par une table de valeurs, en fonction de l'éIcart; e) on détermine une PENTE comme différence entre la période et la période précédente; f) on détermine éventuellement (si l'écart est négatif et au moins si la pente est positive) une pente maximale (MAXPENTE), également en fonction de l'écart; g) si l'écart est positif ou nul, ou si la pente est négative ou nulle, ou encore si la pente est inférieure ou égale à ladite pente maximum, on détermine éventuellement une PENTE PONDEREE, produit de la pente par un nombre (N) de pondération prédéterminée, on calcule une nouvelle valeur d'une somme (SUM) en ajoutant algébriquement à la valeur précédente de cette grandeur l'écart et éventuellement la. pente pondérée, et on compare la valeur absolue de cette nou- velle valeur (SUM) au seuil; h) on détermine éventuellement (si ladite valeur absolue est supérieure ou égale au seuil) un RESTE comme différence entre la somme (SUM) et le seuil; i) enfin, en fonction des diverses comparaisons entre ces diverses valeurs et selon l'organigramme représenté sur la figure 2, on détermine si l'on doit ou non envoyer à l'actua- teur un signal représentant une action correctrice de base, prédéterminée, et dans quel sens, avant de transférer le reste dans la mémoire de la somme pour recommencer un nouveau cycle en attente d'une-nouvelle interruption d'allumage. 2 Procédé de régulation selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que l'on choisit la valeur moyenne et la loi de variation du seuil de manière que ladite valeur moyenne produise une temporisation dap- tée retard pur du dispositif, et que la variation soit contravariante avec l'écart pour produire un effet proportionnel convenable. 3 Procédé de régulation selon une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on choisit la valeur du nombre de pondération (N) et la valeur moyenne ainsi que la loi de variation de la pente maximale (MAXPENTE) pour produire un effet différentiel d'amortissement convenable. 4 Procédé de régulation selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on utilise l'opération d'addi- tion de la pente pondérée (g), lorsque l'écart est négatif et la pente positive (période croissante vers la valeur de consi- gne) mais également lorsque l'écart est positif et la pente négative (période décroissante vers la valeur dé consigne). Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications précédentes, et comportant des capteurs pour les paramètres d'entrée du micropro- cesseur, un microprocesseur en liaison avec ces capteurs, i - un actuateur à double action commandé par le signal de sortie du microprocesseur - caractérisé par le fait que le microprocesseur est agencé ou programmé pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué. 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'actuateur ( 6, 7) comprend un moteur ( 7) à rota- tion continue à deux sens de marche, et que ladite action correctrice de base envoyée ou non par le microprocesseur est constitué par un temps de conduction préréglé en dehors du procédé, respectivement dans le sens de la fermeture ou de 1 'ouverture. 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'actuateur ( 6, 7) comprend un moteur ( 7) pas-à- pas à deux sens de marche, et que ladite action correctrice de base envoyée par le microprocesseur est constituée par dest ou de préférence une seule impulsion, respectivement de sens fermant ou ouvrant - i //,