Brevet FR2556293A1 — publié le 19850614

Procédé de réglage de 1l vitesse d'un véhicule moteur et installation pour sa mise en oeuvre." La présente invention concerne un dispo- sitif de réglage de la vitesse d'un véhicule à moteur. Etat de la technique: L'invention a pour point de départ un procedé de réglage des grandeurs de fonctionnement d'un véhicule à moteur notamment d'un véhicule à moteur a com- bustion interne de préférence à l'aide d'un microcalcula- teur. On connait depuis longtemps dans l'indus- trie automobile des dispositifs et procédés pour commander et/ou régler la vitesse d'un véhicule ou la vitesse de rota- tion d'un moteur. Une parmi les possibilités les plus sim- ples est de bloquer la pédale d'accélérateur dans une posi- tion déterminée par exemple à l'aide d'un dispositif manuel. Dans cette solution primitive, on ne peut pas tenir compte dans le réglage de modifications simples de la charge du véhicule par exemple l'amorce d'une pente ou du vent contraire. Ultérieurement, on a tenté des régla- ges à l'aide d'électro-aimants; de tels dispositifs de réglage ne se sont pas non plus développés. Récemment, on a essayé des dispositifs de réglage de la vitesse d'un véhicule ou des dispositifs de réglage de la vitesse de rotation et dont le système de réglage utilise un micro- calculateur. Le réglage se fait en actionnant un organe de réglage qui déplace les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne du véhicule. Dans le cas des moteurs a essence, on-modifie par exemple l'alimentation en air à l'aide d'une "pédale d'accélérateur électronique"; dans le cas des moteurs Diezel, on modifie le préréglage du carburant par la cour.se de réglage de l'injection diesel. Pour les systèmes de réglage de la vitesse du véhicule, on a utilisé jusqu'à présent des algorithmes de réglage PI (proportionnel-intégral). La réalisation de tels algorithmes nécessite des moyens relativement impor- tants. En outre, les dispositifs de réglage PI n'amortis- sent que mal les oscillations dans le cas présent. Cela gêne Le confort de déplacement qui est une condition pour les véhicules de la classe supérieure. De plus, les pro- priétés de réglage laissent à désirer lors d'un changement de la valeur de consigne ou lors de changements de fonc- tionnement - par exemple lors d'un déplacement sur un par- cours dans des collines. Avantages de l'invention: L'invention concerne un procédé du type ci- dessus, caractérisé par les points suivants: - pour le réglage, on prédétermine un modèle linéarisé pour le véhicule, - à partir des grandeurs physiques du véhicule, on forme de façon connue en soi une constante d'amplification (K) et une constante de temps (T), - pour décrire la valeur réelle de la vitesse du véhicule (y (t)) en fonction des grandeurs de réglage (u (t)), on applique la formule: T; dy (t) / dt + y (t) = K t u (t) Ce procédé a l'avantage de ne nécessiter qu'un algorithme de réglage simple ne nécessitant que des moyens réduits. L'application se fait également avec des moyens réduits. D'autres caractéristiques de l'invention sont énoncées dans la suite de la description. Il est par- ticulièrement avantageux d'utiliser un dispositif de ré- glage à un pas à la place des dispositifs de réglage PI habituels. Il est en outre avantageux de n'avoir qu'une faible différence de réglage. Contrairement aux dispositifs de réglage PI, habituels, on arrive à une transition apériodique de la vitesse quelles que soient les conditions de déplace- ment. Il est très avantageux que le dispositif de réglage permette une conception systématique reposant sur un modèle mathématique et dont les paramètres se dé- terminent à partir des grandeurs physiques du véhicule. En outre, les propriétés avantageuses du circuit de réglage fermé permettent un calcul de réglage dirigé en prédéter- minant la position du pole. Sans difficulté, on peut réa- liser un compromis entre la différence de réglage et le moyen de réglage par l'exploitation d'une fonction de coût, prédéterminée, ainsi qu'un compromis entre la préci- sion du réglage et le confort de déplacement recherchés. Le procédé et l'installation pour la mise en oeuvre du procédé permettentd'arriver à de bonnes carac- téristiques de réglage ainsi qu'à des variations intention- nelles de la valeur de consigne, par exemple par une repri- se d'une valeur de consigne antérieure ainsi que lors d'in- cidents ou de variations résultant d'influences externes, par exemple lors de la transition entre un parcours en plaine et une montée. Dessins: Un exemple de réalisation de l'invention est représenté aux dessins et sera décrit de façon plus détaillée ci-après: - la figure 1 représente le schéma fonc- tionnel d'un système de réglage pour régler la vitesse de déplacement. - la figure 2 montre l-a structure d'un dispositif de réglage selon l'invention. Description de l'exemple de réalisation: La figure 1 montre un schéma fonctionnel du système de réglage d'un dispositif de réglage de la vitesse de déplacement. Un dispositif de commande à micro- calculateur 12 est associé à un moteur à combustion inter- ne 11'- l'exemple représentant un moteur Diesel -. Une ligne de liaison 13 sert à transmettre un signal de régla- ge; une autre lúgne de réglage 14 sert à transmettre l'information deposition en retour. Les lignes de liaison 13, 14 aboutissent dans l'exemple de réalisation a une pompe d'injection diesel 16 à organe de réglage électroma- gnétique. Le système comporte en outre une pédale d'accé- lérateur 17 avec un capteur de position 18 correspondant de la pédale d'accélérateur. La sortie du capteur de posi- tion 18 de la pédale d'accélérateur est reliée à une en- tree du dispositif de commande 12. Un capteur tachymétri- que 19 sert à déterminer la vitesse réelle du véhicule équipé du moteur à combustion interne 11. La sortie du capteur tachymétrique 19 est également reliée à l'entrée du dispositif de commande 12. La pédale d'embrayage 21 est reliée à un commutateur d'embrayage 22. Le commutateur d'embrayage 22 est appliqué par l'intermédiaire d'une diode de découplage 23 à une autre entrée du dispositif de commande 12. Une pédale de frein 24 est couplée mécanique- ment à un commutateur de frein 25. Le commutateur de-frein - 25 est relié par une diode de découplage 26 à une entrée du dispositif de commande 12. Enfin, il est prévu un com- mutateur de fonction 27 sur la colonne de direction du véhicule. Le commutateur de fonction 27 peut se mettre dans trois positions 28, 29, et 31. Dans la position 28 il fournit un signal "reprise", dans la position 29, il fournit un signal "mise en mémoire" et dans la position 31, il fournit un signal "coupure". La signification des différents signaux sera donnée ultérieurement. A partir de chacune des trois positions, il y a chaque fois une ligne de transmission de signal allant à une entrée cor- respondante du dispositif de commande 12. Le fonctionnement du système de réglage pour régler la vitesse de déplacement sera décrit en détail ci-après. Lors de la mise en oeuvre d'un véhicule à moteur équipé du moteur à combustion interne 11 et du système de réglage selon la figure 1, le conducteur se déplace à la vitesse souhaitée en agissant de façon corres- pondante sur la pédale d'accélérateur 17. Puis, il met le commutateur de fonction 27 dans la position 29 "mise en mémoire". La vitesse réelle de déplacement du véhicule y (k) à cet instant k est mise en mémoire dans le disposi- tif de commande 12 comme valeur de consigne w (k+l) pour l'instant suivant k + 1. L'intervalle entre l'instant k et l'instant k + 1 correspond à la période de détection TA. Le dispositif de réglage fait un calcul dans cette période de détection TA. Lorsque le conducteur met le commutateur de fonction 27 dans la position 31 "coupure", le disposi- tif de réglage de vitesse est coupe. Le dispositif de réglage de vitesse est également coupé par l'actionnement de la pédale de frein 24; le commutateur de pédale de frein 25 et la diode de découplage 26 transmettent un signal "coupure" au disposi- tif de commande 12. En outre lors de l'actionnement de la pédale d'embrayage 21, le dispositif de réglage de vitesse est coupe; dans ce cas, un signal "coupure" est transmis par le commutateur d'embrayage 22 et la diode de découplage 23 au dispositif de commande 12. Si le conducteur souhaite revenir à la vitesse de déplacement précédente, il peut le faire égale- ment à l'aide du commutateur de fonction 27. Pour cela, il met le commutateur de fonction 27 dans la position 28 "reprise". La vitesse de déplacement que le conducteur a introduit précédemment, est alors reprise de nouveau comme valeur de consigne par le dispositif de commande 12. La suite de la description est faite en relation avec la figure 2. Le schéma-bloc de la figure 2 montre un premier capteur 32 pour la vitesse de consigne w (k+l). Ce premier capteur 32 est suivi par un premier étage de lissage 33. Il est.en outre prévu un second capteur 34 pour la vitesse réelle y (k) qui est suivi avantageusement par un second étage de lissage 35. L'entrée d'un premier amplificateur 36 est reliée à la sortie du second étage de lissage 35. La sortie de l'amplificateur 36 aboutit à une entrée d'un additionneur 37; une autre entrée de l'addi- tionneur 37 est reliée à la sortie du premier étage de lis- sage 33. La sortie de l'additionneur 37 est reliée par une ligne à un second amplificateur 38 dont la sortie est re- liée avantageusement à un troisième étage de lissage 39. - La sortie 41 de cet étage de lissage constitue alors la sortie du dispositif de réglage. Pour assurer le réglage, le dispositif de réglage de vitesse nécessite la vitesse réelle de déplace- ment du véhicule y (k) et la vitesse de consigne de dépla- cement du véhicule w (k + 1). La vitesse réelle y (k) est fournie par le générateur tachymétrique 19 comme un signal impuisionnel qui est traité par le second capteur 34 dans le dispositif de commande 12. Le capteur 34 fonctionne entre autres comme une horloge qui assure le décomptage de la durée de la période des impulsions fournies par le générateur tachymétrique 19. La tension de sortie du second capteur 34 c'est-à-dire y (k), est lissée dans un filtre- passe-bas du second étage de lissage 35. La tension de sortie est alors donnée par la relation suivante: y * (k) = f y (k - 1) + ( 1 - f) t y (k) y y La vitesse de consigne w (k + 1) est pré- déterminée par le conducteur. A l'aide du commutateur de fonction 27 prévu sur la colonne de direction du véhicule, il peut choisir les positions 28, 29 et 31 déjà mention- nées ci-dessus. Comme la valeur de consigne est détermi- née à chaque fois avec une période en avance, cette valeur correspond à l'indice k + 1 (de la période k à la période k + 1). La valeur de consigne de la vitesse de déplacement est lue dans le premier capteur 32. La valeur de la vitesse de consigne w (k + 1) peut le cas échéant être lissée par un filtre passe-bas c'est-à-dire le premier étage de lissage 33. La valeur de consigne retardée est alors la suivante w * (k + 1) = f w * (k) + (1 - f) ' w (k + 1) La conception du dispositif de réglage selon l'invention repose sur un modèle linéarisé du véhi- cule correspondant. A partir des grandeurs physiques du véhicule, on peut de façon connue déterminer des constan- tes à l'aide desquelles on représente un véhicule modèle. Les grandeurs physiques du véhicule sont par exemple la caractéristique du couple du moteur, les rapports de la botte de vitesses, le rapport entre le moteur et les roues motrices, le rendement de la transmission, le rayon des roues, la résistance de l'air du véhicule etc. On peut ainsi déterminer pour un véhicule une constante d'amplifi- cation K et et une constante de temps T. Le véhicule modèle est alors décrit par l'équation différentielle suivante: T ' dy (t) / dt + y (t) = K, u (t) Dans cette équation, u (t) est la grandeur de réglage et y (t) est la vitesse. Pour la conception du dispositif de régla- ge, on utilise une équation différentielle qui est équiva- lente à l'équation précédente du modèle. Pour cela, on convertit les constantes du véhicule en des paramètres de système a et b. En outre, on introduit la période de détection TA mentionnée ci-dessus. Les formules de conver- sion sont les suivantes: a = exp (-TA/T) b = K s (1 - a1) L'équation différentielle équivalente s'écrit alors: y (k + 1) = a1 c y (k) + b1 * u (k) Dans cette équation y (k) et u (k) représentent respective- ment la vitesse et la grandeur de réglage à un instant (détection) donné k. Partant des paramètres a1 et b1 du système, on peut concevoir systématiquement un dispositif de régla- ge. Comme critère pour la conception du dispositif de réglage, on choisit selon l'invention une fonction quadra- tique du coût I. Pour cela, on exploite le carré de la différence de réglage w (K+l) - y (k+l) et de l'amplitude de réglage u (k) avec pondération par les coefficients de pondération correspondants p et q. La fonction de coût est la suivante: I = pc (w (k + 1) - y (k + 1))2 + q, (u (k))2 Cette fonction de coût doit être rendue minimale. La fonction de eoût choisie ici présente par comparaison à un critère d'optimisation normalisé les avantages suivants sur plusieurs périodes de temps K (I2 p= Z [P (w(i)-y(i))2 + q' u(i)2) : - pour obtenir la solution, il suffit d'utiliser des moyens mathématiques simples. Cela réduit fortement les moyens de conception. Généralement, il suffit de résou- dre dans un procédé d'optimisation, des équations diffé- rentielles de Riccatti sur plusieurs intervalles de temps. - il est encore plus important que l'information relative à la valeur de consigne future w (k+l) soit utilisée dans le dispositif de réglage. De cette façon, le dispo- sitif de réglage reçoit la valeur de consigne toujours avec un pas en avance, ce qui lui permet d'intervenir suffisamment tôt. L'amplitude de réglage c'est-à-dire la grandeur de sortie du dispositif de réglage à concevoir, qui rend minimale la fonction de coût I s'obtient par la dérivation de la grandeur I selon u (k). On pose ci-après: V = r * b / (1 + r, bl2) r = p / q On obtient alors la formule suivante pour la grandeur de commande u (k): u (k) = V * (w (k + 1) - a1 * y (k)) Le cas échéant, on peut également lisser la grandeur de commande u (k) par un filtre passe-bas, ce qui correspond au troisième étage de lissage 39, pour éviter les irrégularités de réglage. La réalisation de l'algorithme de réglage est ainsi relativement simple. La structure de ce dispo- sitif de réglage est donnée à la figure 2 et a déjà été décrite. Pour réaliser l'algorithme de réglage, on choisit une paire de grandeurs a,, b1 qui correspond au véhicule modèle pour la plage moyenne de vitesses. A la fin -de la description, on a.donné une possibilité de calcul du dis- positif de réglage sous la forme d'un ordinogramme. Le dispositif de réglage ainsi développé peut être considéré comme optimum quant à la précision de réglage -obtenue et à la grandeur de réglage nécessaire. Par l'introduction des coefficients de pondération p et q, on a la possibilité de faire des compromis entre la préci- sion de réglage et l'amplitude de réglage. Comme l'optima- lisation se fait de l'instant k à l'instant k+l, on dési- gne ce dispositif de réglage par la dénomination "disposi- tif de réglage à un pas". La position polaire du circuit de réglage fermé donne une indication pour le choix des coefficients p et q. I1 est possible sans difficulté de faire un calcul dirigé du dispositif de réglage suivant différents types de procédé d'oscillation. Le dispositif de réglage décrit est robuste car le seul pêle du système fermé qui déter- mine la caractéristique dynamique du circuit de réglage pour tous les points de fonctionnement de-la plage de vi- tesses est toujours dans une zone de pôle stable. L'algorithme de réglage est d'une concep- tion très simple; le dispositif de réglage de vitesse ainsi réalisé peut s'utiliser de façon universelle sur tous les types de véhicule et pour tous les points de fonc- tionnement. Le dispositif de réglage permet d'éliminer rapidement les incidents et en même temps il présente un comportement de guidage exceptionnel; la différence résiduelle de réglage est très faible. tl Comme base du calcul du dispositif de reéglage, on peut utiliser l'ordinogramme suivant: Démarrage (TA) Choisir une paire de paramètres de système dans le tableau du véhicule-modèle (a1, bl) Introduire la vitesse réelle à partir de l'horloge, calculer y (k) 20.. Filtrer pour lisser y (k): y (k) = fy. y (k-l)+(l-fy). y (k) L y y Prédé terminer la vitesse de consigne (k+l) l Filtrer pour lisser m (k-l) * (k.>l) fa (k() k(I-f,) Àm ( k.l) Calcul du dispositif de riglage u (k) - V À w À u (k) À 25' Grandeur de consigne u (k) R E V E N D I C A T I 0 N S 1') Procédé pour régler les grandeurs de fonctionnement d'un véhicule à.oteur notamment la vites- se de déplacement ou la vitesse de rotation d'un moteur à combustion interne sur un véhicule a moteur, dans le- quel on représente la vitesse réelle du véhicule ou la vitesse de rotation du moteur à combustion interne à l'ai- de d'un signal électrique engendré en fonction de la vites- se de rotation d'un générateur tachymétrique et-la vitesse de consigne à l'aide d'un signal engendré de préférence en fonction de la position de la pédale d'accélération, la valeur réelle de la vitesse du véhicule ou de la vites- se de rotation étant adaptée à la valeur de consigne sui- vant une fonction prédéterminée de préférence à l'aide d'un lmicrocalculateur et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne étant commandée par l'actionnement d'un dispositif de réglage correspondant suivant la valeur d'une grandeur de consigne, procédé caractérisé par les points suivants: - pour le ré?lage, on prédétermine un modèle linéarisé pour le véhicule, - à partir des grandeurs physiques du véhicule, on forme de façon connue en sol une constante d'amplification (K) et une constante de temps (T), - pour décrire la valeur réelle de la vitesse du véhicule (y (t)) en fonction des grandeurs de réglage (u(t)), on applique la formule: T * dy (t) / dt À y (t) = K * u (t) 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme grandeurs physiques du véhl- cule, on choisit au moins la courbe caractéristique du couple du moteur et/ou les rapports de la botte de vites- ses et/ou le rapport entre le moteur à combustion interne -2556293 et la roue motrice/les'roues motrices et/ou le rendement de la transmission et/ou ie diamètre de la roue motrice/ - des roues motrices et/ou la résistance de l'air du véhl-. cule. 3-) Procédé-selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par les points suivants: - on effectue le réglage de façon discontinue suivant la valeur des"'pérlodes de détection (TA), - à partir des grandeurs physiques du véhicule, on forme un premier paramètre de système (a) et un second para- mètre de système (bl), - au premier paramètre de système (a1) on associe la gran- deur a exp (-TA/T) à partir de la constante de temps (T) et de la période de détection (TA), - au second paramètre de système (b1), on associe la gran- deur b1 = K O (1 - a1) à partir de la constante d'ampli- fication (K) et du premier paramètre de système (a!), - on remplace la relation entre la valeur réelle de la vitesse de consigne (y(k)) et la grandeur de réglage (u(k)) par une équation différentielle équivalente: y(k+l) = a1 y (k) b * u (k) ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par les points suivants': - pour mesurer le rapport entre la précision du réglage (vitesse réelle y (k)) par rapport à l'amplitude de la grandeur de réglage (u(k)), on'introduit une fonction de coût, -(I), la différence de réglage (w (kil) - y (k+l) entre la valeur de consigne prédéterminée de la,vitesse du véhi- cule (w(k+l) ou la valeur réelle de la vitesse (y(k+l)), on associe un premier coefficient de pondération - on associe en outre à la grandeur de réglage (u (k)) un second coefficient de pondération (q). - on détermine la fonction de coGt (I) en formant le carre de la différence de réglage (w (k.l) - y (k+l)) et de la grandeur de réglage (u (k)) en pondérant par le coeffi- cient de pondération (p, q) suivant selon la formule: 1: p * ( ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé par les points suivants: - on forme le minimum de la fonction de coût (I), on forme la dérivée de la fonction de coGt (I) suivant la grandeur de réglage (u (k)), - à partir de la dérivée, on calcule la grandeur de réglage u (k) = V ( (k.1) - Àay (k)) en posant une première grandeur abrégée r = p/q et une 2) seconde grandeur abrégée V = r c b1 / (l + r bl2) ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse réelle (y (k)) est lissée en fonction du temps à l'aide d'un filtre passebas connu en soi (second étage de lissage 35). ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, comportant un premier capteur (32) pour la vitesse de con- signe (w (k+l)) et un second capteur (34) pour la lvitesse réelle (y (k)), Installation caractérisée par les points suivants: - le second capteur (34) est suivi par un premier amplifl- cateur (36) pour la multiplication par le premier para- mètre de système (al), - les sorties du premier capteur (32) et du premier ampli- ficateur (36) sont reliées aux entrées correspondantes d'un additionneur (37), - la sortie de l'additionneur (37) est reliée à l'entrée d'un second amplificateur (38) pour la multiplication par l.a seconde valeur abrégée (V), - la sortie du second amplificateur fournit la grandeur de réglage (u(k). -- 8) Installation pour la mise en oeuvre du proc6dé selon la revendication 7, caract6risée en ce qu' un premier étage de lissage (33) est branché à la suite du premier capteur (32). 9 ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisée en ce qu'un troisième étage de lissage (39) est prévu à la sute du second amplificateur (38).