Brevet FR2551497A1 — publié le 19850308

Procédé et installation de régulation pour un agrégat d'entrainement ". La présente invention concerne un procédé pour la régulation d'un agrégat d'entrainement qui comprend une source d'énergie primaire, notamment un moteur à combustion interne, en particulier un moteur Diesel, dont la vitesse de rotation est dépendante, selon un réglage préalable donné, du couple de rotation de charge, et un mécanisme de transmission (boite de vitesses) notamment un mécanisme hydrostatique, réglable progressivement sans étages, auquel cas un signal proportionnel à la vitesse de rotation de la source primaire d'énergie ou un signal proportionnel à l'écart entre cette vitesse et une valeur de consigne, est converti, au moyen d'un organe. de régulation, en un signal qui détermine la position de réglage préalable du mécanisme hydrostatique. L'invention s'étend à une installation de régulation pour la mise en oeuvre du procédé précédent. Etant donné que, dans une unité d'entrainement qui se compose d'un moteur à combustion interne et d'un mécanisme de bote de vitesses réglable de manière progressive, sans paliers, la vitesse de rotation du moteur peut être modifiée à l'intérieur de limites prédéterminées, de même que le rapport de démultiplication du mécanisme, il existe la possibilité de réaliser, dans un grand domaine de con ditions de fonctionnement, chaque vitesse de rotation exigée avec, chaque fois, le couple de sortie nécessaire et différentes relations entre la vitesse de rotation du moteur et le rapport de transmission du mécanisme. I1 en résulte la possibilité, de faire fonctionner le moteur dans des régimes dans lesquels ce dernier travaille dans des conditions optimales de rendement et d'émission de gaz d'échappement et de bruit. Si, en raison d'une charge croissdnte du couple de rotation appliqué sur l'arbre de sortie du mécanisme de boite de vitesses, avec un réglage inchangé du moteur et de la boIte de vitesses, le moteur, se trouve chargé, sur son arbre de sortie, avec un couple de rotation trop élevé, la vitesse du moteur décrott, de telle sorte qu'il existe le risque que le moteur soit amené à l'état d'arrêt par surcharge.Pour éviter ce risque, on connatt des installations de régulation avec lesquelles, lors d'un décroissement de la vitesse de rotation du moteur, est exercée, sur l'organe de réglage de démultiplication de la botte de vitesses, une action telle, que la démultiplication se trouve réglée en direction d'une vitesse de rotation plus faible et que, ainsi, la charge sur l'arbre de sortie du moteur soit diminuée (brevet DE-AS15 55 480.0), (régime dénommé également "à commande automatique" ou "régulation par réduction11 On utilise alors, dans les installations connues, un régulateur proportionnel quasi-linéaire.Le moteur comporte pour sa part, fréquemment, un régulateur de vitesse de rotation, par exemple, sur un moteur Diesel, un régulateur en dépendance de la vitesse de rotation, lequel, injecte une quantité supplémentaire de carburant lors d'une diminution de la vitesse de rotation. Ainsi résulte obligatoirement, avec l'ensemble de l'agrégat moteur, un système physique capable d'oscillations, qui est dans tous les cas, rendu stable par amortissement. En outre, le dispositif utilisateur entraîné par l'arbre de sortie de la bolte de vitesses, forme également, en règle générale, une structure capable d'oscillations. Par exemple dans le cas de véhicules sur pneumatiques, ceux-ci forment une organe élastique relativement au couple de charge de rotation, de telle sorte que, par la masse du véhicule et les pneumatiques, est formé un système composé d'une masse et de ressort, qui est relié par la bote de vitesses, au moteur à combustion interne. L'installation de régulation mentionnée plus haut a pour but de réaliser automatiquement l'adaptation à la charge, par réglage du rapport de transmission de la boîte de vitesses, d'une manière telle, que les vitesses de rotation de chacun des deux systèmes capables d'oscillations sont, d'une part réglées pour une marche régulière et exempte d'oscillations, et que, d'une part, ils ne soient pas excités en oscillation par des grandeurs perturbatrices. D'autre part, la vitesse de réglage doit être aussi élevée que possible. En outre est formulée l'exigence pour des écarts de vitesse de rotation stationnaires et dynamiques ainsi réduits que possible. Ces exigences sont contradictoires. Dans la pratique, on a constaté qu'un régulateur intégral ne convient presque jamais pour l'adaptation du rapport de transmission de la bol te de vitesses à la charge du moteur à combustion. En conséquence, on a mis en oeuvre, comme indiqué plus haut, généralement des régulateurs proportionnels (quasi-linéaires) avec laquelle peut être atteinte en principe la stabilité désirée et l'amortissement du circuit de réglage. Cependant, ce mode de régulation présente l'inconvénient -que, dans le cas d'un amortissement croissant, l'écart de réglage croit et la vitesse de réglage décroît tandis qu'on désire en realité une vitesse de réglage aussi élevée que possible et un écart de reglage aussi réduit que possible.Dans de nombreux cas, l'écart de réglage produit est trop grand et il ne peut pas être diminué, sinon cela conduirait à des difficultés de stabilité. La présente invention a pour but de réduire l'écart de réglage sans que, cependant la stabilité soit influencée de manière inadmissible. Dans ce but, la présente invention concerne un procédé du type mentionné au début caractérisé en ce qu'on utilise un régulateur non linéaire comportant une courbe caractéristique à échelons. Particulièrement l'invention prévoit une installation de régulation en application du procédé ci-dessus, caractérisé en ce que le régulateur est un organe dont la courbe de réglage se compose de deux portions de courbe qui sont décalées l'une par rapport à l'autre en des emplacements déterminés de modification de l'état stable, de telle manière qu'il en résulte une allure d'ensemble de courbe analogue à une courbe en escalier. Les longueurs de marches ou portions individuelles et leur hauteur peuvent être sensiblement identiques entre elles. Les portions de courbe individuelles peuvent être d'allure identique entre elles ou bien elles peuvent être conformées de telle sorte que, si les échelons de variation n'existaient pas, la courbe d'ensemble serait la même que celle des installations actuellement connues. La stabilité du circuit de réglage de cette installation de régulation est déterminée par l'étagement des portions de courbe individuelles c'est-à-dire que la stabilité est au moins aussi grande qu'avec les régulateurs mis en oeuvre actuellement. Cependant, grace aux ressauts d'étagement, on obtient dans l'ensemble une amplification de stabilité telle que fournie par la pente moyenne de la courbe totale, c'est-à-dire que cette amplification est nettement supérieure à celle des régulateurs connus. On atteint ainsi le but de l'invention consistant à réduire l'écart de réglage. Avantageusement, il est prévu en outre une hystere- sis telle que, lors du parcours de la courbe dans le sens ascendant, les ressauts d'étages successifs se produisent chacun pour des valeurs plus élevées que dans le cas du parcours de la courbe en direction descendante. On obtient ainsi des avantages relatifs à la dynamique du réglage. L'invention prévoit l'utilisation d'organes de réglage électroniques. On peut cependant envisager également des solutions purement hydrauliques, par exemple avec des ressorts, connectés de manière étagée, pour obtenir les ressauts étagés dans le cylindre de commande ou dans une soupape intermédiaire. I1 est possible également d'adopter d'autres formes dynamiques de signal et d'apporter des modifications statiques à la courbe caractéristique de réglage, comme cela peut être le cas pour une adaptation (commandée) de l'amplification de réglage, sans sortir pour autant du principe de l'invention. Le principe de base essentiel réside dans un décalage parallèle des portions individuelles de la courbe caractéristique, qui est de même valeur qu'un décalage des valeurs de consigne étagées de même effet ou un décalage des valeurs réelles de réglage. La caractéristique proportionnelle du régulateur peut également être choisie à volonté progressive ou dégressive c'est-à-dire être commandée à volonté relativement à la pente de la courbe. L'invention prévoit diverses autres réalisations décrites dans la suite, par exemple une conformation de courbe obtenue par branchement en parallèle d'un amplificateur de réglage analogique et d'un générateur d'échelonnement, pour l'étagement désiré du signal. Suivant une autre forme de réalisation, un montage logique, en parallèle avec le conducteur qui amène à organe de réglage le signal dépendant de la vitesse de rotation et le signal dépendant de l'écart entre cette vitesse et la valeur de consigne, est connecte un montage logique qui est constitué comme un générateur de formage en escalier. I1 s'agit ainsi d'un autre type de générateur d'étagement, auquel cas la coopération entre ce générateur et l'organe de réglage a le même effet que la coopération entre un amplificateur analogique et un générateur d'étagement du type précédent. L'invention est décrite ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre la courbe caractéristique d'un régulateur du type connu utilisé jusqu'à maintenant pour le problème mentionné. - la figure 2 montre la courbe caractéristique d'un régulateur conforme à la présente invention. - la figure 3 est une représentation d'un montage possible pour la réalisation de la courbe caractéristique statique de la figure 2. - la figure 4 montre une autre possibilité pour produire la courbe caractéristique de la figure 2. - la figure 5 est un exemple pour une conformation statique et dynamique du signal. Dans la figure 1 est représentée la courbe caractéristique qui est obtenue dans les installations de régulation connues actuellement mises en oeuvre pour la solution du problème posé par l'invention. Dans cette figure, la flèche de gauche indique le signal représentant I'écart de vitesse de rotation du moteur à combustion interne, proportionnel à la valeur de consigne de la vitesse, et la flèche de droite représente le signal vers l'organe de réglage de boîte de vitesses. Dans le champ des courbes caractéristiques, la courbe en trait plein représente la courbe caractéristique de ce type de régulation pro portionnelle quasi-linéaire. La courbe en tirets repré sente l'amplification moyenne V qui caractérise la sta o bilité et également l'écart de réglage. Dans la figure 2, les deux flèches représentent res pectivement les mêmes signaux que dans la figure 1. Mais, par le cadre carré 1, pourvu d'un double pourtour est représenté un type de régulateur conforme à l'invention, à savoir un régulateur non-linéaire. La non-linéarité est obtenue par une modification étagée de la valeur réelle. La ligne en trait plein avec flèches dirigées vers le haut représente la courbe caractéristique qui est obtenue par le signal croissant, tandis que la ligne en trait continu dans les portions de courbe individuelles, avec des flèches en tireté dirigées vers le bas représente la courbe caractéristique, telle qu'elle est produite en raison d'une hystérésis obligatoire supplémentaire lors du parcours de la courbe caractéristique dans la direction opposée. Sur une portion de courbe est représentée en tireté la tangente V qui détermine la stabilité. La ligne o médiane n en tireté représente l'amplification moyenne, qui a pour effet que l'écart de réglage dans sa valeur moyenne est inférieur à celui obtenu dans le régulateur actuellement connu. Dans la figure 3 est représentée la possibilité de réalisation d'une courbe caractéristique statique en amenant, par le conducteur 8, le signal de vitesse de rotation à un point de somme 9, à partir duquel un conducteur 10 le transmet dans le régulateur proportionnel quasi-linéaire 2. Le signal sortant de ce régulateur est amené, par le conducteur 11 à l'organe de réglage, non représenté, du mécanisme de vitesses hydrostatique. Du conducteur 11, est dérivé un conducteur 12, lequel conduit à un générateur de formage en escalier 3 d'où un conducteur 13 va à l'organe de somme 9. Le mode de fonctionnement est le suivant Le signal qui sort du régulateur quasi-linéaire 2 est transmis par le conducteur 12 au générateur de formage en escalier 3 qui lui donne cette forme, et le signal ainsi conformé est amené, par le conducteur 13, à l'organe de somme où il est superposé au signal amené par le conducteur 8. Le montage représenté dans la figure 4 se différencie du montage de la figure 3, par le fait que, en parallèle avec une partie du conducteur 8, est connecté un montage composé d'un conducteur 14, un générateur de formage en escalier 5, et un conducteur 15, de telle manière que le générateur 5 conforme en escalier le signal d'entrée. Au total, on obtient ainsi un comportement analogue à celui de l'installation de la figure 3. Le générateur de formage en escalier 5 n'est cependant pas identique au générateur 3. Avec les montages suivant les figures 3 et 4 sont ainsi représentés deux modes de solution différents pour la production d'une courbe caractéristique étagée en escalier proposée par l'invention. Le montage représenté dans la figure 5 correspond dans sa constitution à celui de la figure 3, avec la différence résidant en ce que, dans l'exemple de la figure 5, sont ajoutés les deux filtres passe-bas 6 et 7. Dans son mode de fonctionnement purement statique le montage de la figure 5 correspond à celui de la figure 3, sauf que, par ces deux filtres passe-bas, disposés, l'un en amont et l'autre en aval du générateur de formage en escalier 3, on obtient une conformation dynamique du signal. Ces filtres 6 et 7 ont pour rôle de rendre plus lentes dans le temps les transitions en escalier On évite ainsi des accélérations par à-coups sur le mécanisme hydrostatique commandé par cet organe de réglage. En outre, dans l'exemple conforme à la figure 5, la courbe caractéristique du régulateur 2 à fonctionnement dndlogiqlJe est conformée de telle manière que des échelons individuels de cette courbe présentent une pente diffé- rente. La flèche supérieure venant du haut signifie ql.le le paramètre de régulation - c'est-à-dire la pente - peut être commandé suivant les besoins (ainsi qu'il est fondamentalement connu dans les autres installations de régulation) sans que le principe du couplage en réaction en forme d'escalier par le générateur de formage 3 soit remis en question. R E V E LI D I C A T I 0 hI S 1 ) Procédé pour la régulation d 'un agrégat d'entrainement qui comprend une source d'énergie primaire, notamment un moteur à combustion interne, en particulier un moteur Diesel, dont la vitesse de rotation est dépendante, selon un réglage préalable donné. du couple de rotation de charge, et un mécanisme de transmission (boîte de vitesses) notamment un mécanisme hydrostatique. réglable prouressivement sans étages. auquel cas un signal proportionnel à la vitesse de rotation de la source primaire d'énergie ou un signal proportionnel à l'écart entre cette vitesse et une valeur de consigne, est converti, au moyen d'un organe de régulation, en un signal qui détermine la position de réglage préalable du mécanisme hydrostatique, procédé caractérisé en ce que l'organe de régulation (1, 2, 3 ou 2, 5) convertit le signal en un signal, non continu, étagé en forme d'escalier. 20) Installation de régulation en application du procédé de la revendication 1 à un agrégat d'entraînement du type décrit comprenant une source primaire d'énergie, telle qu'un moteur Diesel, dont la vitesse de rotation est dépendante, suivant un réglage préalable, du couple de rotation de charge, et un mécanisme, notamment hydrostatique, de transmission, notamment automatique, à réglage progressif sans étages, installation de régulation présentant un émetteur de signal pour un signal de valeur de consigne et un émetteur pour un signal proportionnel à la vitesse de rotation du moteur primaire, ainsi qu'un organe de régulation qui forme le signal de sortie déterminant la position de réglage du mécanisme de transmission, installation caractérisée en ce que l'organe de régulation (1, ou 2, 3, ou 2 et 5) est un organe qui traduit, sous une forme étagée en escalier dans le signal de réglage de position du mécanisme, l'écart existant entre le signal de valeur de consigne de vitesse de rotation et le signal de valeur réelle de vitesse de rotation, cet organe de régulation présentant ainsi une courbe caractéristique qui est de type proportionnel dans chacune des portions étagées. 3 ) Installation de régulation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe de régulation est un organe présentant une hystérésis. 40) Installation suivant l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle le signal dépendant de la vitesse de rotation, ou de l'écart entre cette valeur et la valeur de vitesse de consigne, et le signal de réglage de position influençant la position de réglage du mécanisme, sont l'un et l'autre un signal électrique, caractérisée en ce qu'un générateur de formage en escalier (3) est connecté, comme organe de couplage, à l'amplificateur de réglage (2) constitué comme un organe analogique. 50) Installation suivant l'uns des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que, en parallèle avec le con ducteur (8) qui amène à l'organe de réglage (2) le signal dépendant de la vitesse de rotation et le signal dépendant de l'écart entre cette vitesse et la valeur de consigne, est connecté un montage logique (5) qui est constitué comme un générateur de formage en escalier (3). 60) Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que, deux filtres passe-bas (6 et 7) sont prévus, respectivement, l'un (6) dans le conducteur' (16, 17) en amont du générateur de formage en escalier (3), et l'autre (7) dans le conducteur (18, 19) en aval de ce générateur (3).