Brevet FR2794509A1 — publié le 20001208

La présente invention concerne la commande d'un embrayage à friction automatisé d'un véhicule automobile au démarrage. Au démarrage, il est connu de commander l"em- brayage pour atteindre un régime moteur de démarrage, prédé terminé, et de le maintenir jusqu'à ce que la vitesse de ro tation à l'entrée de la boîte de vitesses soit égale au régime du moteur et d'éliminer le patinage de l'embrayage. Dans une solution connue, on réalise une simple régulation du régime du moteur. A partir de la valeur réelle du régime et de la valeur de consigne, on forme une différence de vitesses de rotation, et à partir de cette différence un régulateur génère un signal d'actionnement qui commande l'embrayage dans le sens d'une réduction de cette différence de vitesses de rotation. Ce type de commande d'embrayage ne permet pas d'éviter les suroscillations du régime au-delà du régime de consigne. En particulier, au début de l'opération de démar rage, on aura un dépassement relativement important du régime du moteur lorsque le moteur accélère à partir du ralenti. L'algorithme de régulation produit une accélération rapide, relativement intense du véhicule avec une augmentation exces sive de courte durée de l'accélération. Pour des conducteurs sportifs, cette évolution de l'accélération est acceptable. Ils accepteront également les vibrations de la transmission excitée par l'accélération puissante et légèrement chaotique. Mais si l'on souhaite un démarrage en douceur, confortable, sans excitation significative des vibrations de la transmis sion, l'algorithme de régulation connu ne convient pas. La présente invention a pour but de développer un dispositif d'actionnement d'un embrayage à friction de véhi cule automobile permettant un démarrage confortable et sans à-coup. A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour actionner un embrayage à friction de véhicule automobile dont l'organe de débrayage peut être positionné par un ac- tionneur entre une position débrayée qui correspond au dé- brayage complet de l'embrayage jusque dans une zone de différentes positions d'embrayage permettant une transmission de couple par l'embrayage, caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur de régime moteur captant la vitesse de rotation d'entrée de l'embrayage, - une installation qui définit une vitesse de rotation cible prédéterminant une vitesse de rotation cible du moteur, - un soustracteur formant un signal cible d'augmentation de vitesse de rotation correspondant à la différence entre la vitesse de rotation cible du moteur et la vitesse de rota tion d'entrée, - une installation pour déterminer le couple moteur fournis sant un signal de couple moteur représentant le couple d'entrée de l'embrayage et - une installation de commande qui, en fonction du signal cible d'augmentation de vitesse de rotation et du signal de couple moteur, détermine un excédent de consigne de couple moteur variable en fonction du temps pour le couple d'entrée par rapport au couple de sortie de l'embrayage et qui, en fonction de l'excédent de consigne de couple mo teur, génère un signal de commande de position qui agit sur l'actionneur de l'organe de débrayage. Selon l'invention, à partir de la consigne du ré gime et de la valeur réelle on détermine une augmentation globale nécessaire du régime représentée par le signal cible de l'augmentation du régime. Cela se fait déjà au début de l'opération de démarrage et est répété de préférence en per manence jusqu'à ce que le régime du moteur ait atteint sa va leur cible. A partir du signal cible d'augmentation de la vitesse de rotation et du signal du couple moteur, l'ins tallation de commande détermine l'évolution chronologique d'un dépassement que doit offrir le couple moteur par rapport au couple à transmettre par l'embrayage. Cela repose sur la considération que pour une augmentation du régime du moteur d'une valeur prédéterminée, il faut une intégrale définie dans le temps de la différence entre le couple moteur et le couple d'embrayage. Plus on veut augmenter le régime du mo teur et plus grande sera l'intégrale nécessaire de cet excé- dent de couple moteur. L'installation de commande fixe l'actionneur de position du débrayage selon l'indication de la fonction de temps de l'excédent de consigne du couple mo teur pour l'intégrale de couple nécessaire, jusquà ce que finalement le couple d'embrayage soit égal au couple moteur. Cette procédure évite les dépassements du régime du moteur par rapport au régime de consigne et permet une augmentation en douceur, sans dépassement du couple d'embrayage. Il en ré sulte une opération de démarrage confortable, sans phase d'accélération avec des secousses et d'oscillations d'entraî nement correspondantes. L'installation qui définit le régime cible peut répondre à un capteur de réglage de puissance qui détecte la position d'une installation de réglage de puissance du mo teur, notamment la pédale d'accélérateur, et prédéterminer le régime cible du moteur en fonction de la position de l'ins tallation de réglage de la puissance du moteur. En modifiant la position de la pédale d'accélérateur, le conducteur peut agir sur le régime cible du moteur. Mais cela n'exclut pas de prédéterminer une valeur fixe ou une évolution fixe dans le temps pour le régime cible du moteur, qui ne peut pas être influencée par le conducteur. L'intégrale du couple nécessaire pour atteindre le régime cible peut être convertie en des excédents de con signe de couple moteur avec une évolution chronologique quel conque. Une solution préférentielle consiste pour l'instal lation de commande à déterminer l'évolution chronologique de l'excédent de consigne du couple moteur sur la base d'une augmentation linéaire au moins par intervalle de temps du couple de sortie de l'embrayage. Une augmentation linéaire du couple transmis par l'embrayage aboutit à une perception par ticulièrement confortable du démarrage. Si pendant l'opé ration de démarrage, le couple moteur fourni et/ou le régime cible devaient varier, il peut être nécessaire d'adapter l'é- volution chronologique de l'excédent de consigne de couple moteur. Dans un tel cas on peut arriver à une caractéristique polygonale du couple d'embrayage dont le gradient est diffé- rent dans différents segments de temps. On ne peut exclure que la position de débrayage produite effectivement par le signal de commande d'action- nement diffère de la position que l'organe de débrayage doit prendre pour régler la différence de couple souhaitée entre le couple moteur et le couple d'embrayage. Les causes peuvent être par exemple des variations de position de l'organe de débrayage produites par des influences thermiques de l'ac- tionneur de position de l'organe de débrayage ou par des ef fets de fuite dans l'actionneur de positionnement de l'organe de débrayage et ces effets peuvent ne pas être perceptibles. De telles déviations peuvent fausser le régime cible du mo teur. Comme contre-mesure on a de préférence un circuit de régulation de la différence des vitesses de rotation qui ré gule la vitesse de rotation réelle du moteur sur une valeur de consigne instantanée, variable dans le temps, actualisée en permanence. Vis-à-vis de cela, un développement de l'in vention prévoit que l'installation de commande détermine, in dépendamment de l'excédent de consigne de couple moteur, une valeur de consigne instantanée variant en fonction du temps pour la vitesse de rotation d'entrée, et génère un signal de différence de vitesses de rotation entre la vitesse de rota tion d'entrée et sa valeur de consigne instantanée, et une installation de réglage de la différence de vitesses de rota tion génère, en fonction du signal de différence de vitesses de rotation, un signal de correction de position, fixant l'actionneur de positionnement de débrayage dans le sens d'une réduction de la différence des vitesses de rotation. Une différence de couple entre l'entrée et la sortie de l'embrayage conduit à une augmentation du régime moteur par unité de temps, qui se détermine par des formules. A partir de cette augmentation du régime du moteur rapportée au temps, on peut sans difficulté déterminer la valeur de consigne instantanée souhaitée à chaque instant pour le ré gime du moteur. Le signal de correction de position généré par l'installation de régulation de différence de vitesses de rotation en cas de différence entre la valeur de consigne instantanée de la vitesse de rotation d'entrée et sa valeur réelle, est combiné au signal de commande de position et pro- duit le rapprochement de la valeur réelle de la vitesse de rotation d'entrée à la valeur de consigne instantanée (varia ble en fonction du temps). Il est possible d'avoir un réglage exact asympto tique, sans suroscillations de la valeur réelle de la vitesse de rotation d'entrée sur la valeur de consigne instantanée et ainsi un réglage exact de l'embrayage à friction sur l'excé dent de consigne de couple moteur, souhaité, si l'ins tallation de régulation de la différence des vitesses de ro tation comporte un régulateur intégrateur, notamment un régu lateur à fonction proportionnelle-intégrale-différentielle qui génère le signal de correction de position. La composante différentielle du régulateur donne une réponse rapide à l'installation de régulation de la différence des vitesses de rotation, évitant des différences importantes entre la valeur réelle de la vitesse de rotation d'entrée et la valeur de consigne instantanée. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les quels : - la figure 1 est un schéma par blocs d'un dispositif selon l'invention pour actionner un embrayage à friction de vé hicule automobile, - la figure 2 est un diagramme des courbes caractéristiques pour différentes grandeurs produites dans le dispositif représenté à la figure 1. La figure 1 montre un embrayage à friction 5, au tomatisé, prévu entre un moteur à combustion interne 1 et la boîte de vitesses 3 d'un véhicule automobile. Cet embrayage est actionné par un actionneur ou servomoteur 7. La boîte de vitesses 3 peut être une boîte de vitesses à commande ma nuelle mais également une boîte de vitesses automatique. L'actionneur 7 place l'organe de débrayage (fourchette) non détaillé de l'embrayage 5 dans une position prédéterminée lorsqu'on change de rapport de vitesses de la boîte de vites ses 3 par la commande d'embrayage 9 selon un programme prédé- fini. Au démarrage du véhicule, une commande de démarrage, portant globalement la référence 11, assure le guidage de l'actionneur 7. La puissance du moteur à combustion interne 1 est commandée par un organe de réglage de puissance 13, par exem ple le volet d'étranglement ou la pompe d'injection à partir de la pédale d'accélérateur 15 dont l'angle de débattement # est capté par un capteur de pédale d'accélérateur 17. L'actionneur 19 commande l'organe de réglage de puissance 13 selon l'angle de débattement cc fourni par le capteur de pé- dale d'accélérateur 17. Pour un démarrage confortable, le couple d"em- brayage transmis par l'embrayage 5 doit augmenter aussi régu lièrement que possible et sans suroscillations, pour avoir une évolution en douceur de l'accélération du véhicule. Au démarrage, la commande de démarrage 11 fournit un signal de position S pour l'actionneur 7 qui fixe la position de dé- brayage de l'embrayage 5 dans le sens des conditions évoquées ci-dessus. Le signal de position S est généré à partir d'une courbe de régime moteur calculée, qui dépend d'un régime ci ble nz prédéterminé comme cible de démarrage et du couple mo teur nm fourni par le moteur 1, et qui permet une évolution harmonieuse de l'accélération. Le régime cible nz du moteur est fourni par une installation 21 donnant le régime cible en fonction de l'angle de débattement (x de la pédale d'accélérateur 15. La relation entre le régime cible nz du moteur et l'angle de dé- battement cc est donnée par une courbe caractéristique 23 dans l'installation prédéterminant le régime cible ; cette courbe peut être linéaire ou non linéaire. Un soustracteur 25 forme la différence entre le régime cible nz du moteur et la vitesse de rotation d'entrée nm de l'embrayage 5 détectée par un capteur de régime moteur 27. La différence Anz ainsi for mée correspond à l'amplitude dont il faut augmenter la vi tesse de rotation d'entrée de l'embrayage 5 pour que cette vitesse soit égale au régime moteur nz. Aussi longtemps que le couple moteur Mm, disponi ble à l'entrée de l'embrayage, est supérieur au couple d'embrayage MK disponible à la sortie de l'embrayage, le mo- teur 1 peut accélérer par rapport à la sortie de l'embrayage. L'augmentation dans le temps du régime du moteur dépend pro portionnellement de l'amplitude de l'excédent du couple mo teur MM par rapport au couple d'embrayage MK. Pour l'augmentation souhaitée de la vitesse de rotation Anz, il faut ainsi additionner en fonction du temps le couple en ex cédent MM - MK. La dernière valeur correspond à la surface comprise entre la courbe caractéristique du couple moteur Mm en fonction du temps et la courbe caractéristique du couple d'embrayage MK, c'est-à-dire de lintégrale en fonction du temps de l'excédent de Couple MM - MK. L'installation de com mande 29 détermine la valeur de cette intégrale du couple né cessaire pour l'augmentation souhaitée de la vitesse de rotation Anz, valeur qui correspond à la surface hachurée A au bloc fonctionnel représentant linstallation de commande 29 à la figure 1. L'association entre l'augmentation de vitesse de rotation Anz et l'intégrale du couple A peut être enregistrée dans la mémoire 29 sous la forme d'un tableau. Il est égale ment possible de calculer l'intégrale du couple A à l'aide d'une formule enregistrée dans la mémoire 29. A laide de l'intégrale du couple A ainsi obtenu et du couple moteur Mm, fourni par le moteur 1, l'installation de commande 29 définit une fonction du temps pour le couple d'embrayage MK qui réa lise l'intégrale du couple A. En particulier l'installation de commande 29 définit la courbe caractéristique du couple d'embrayage MK basée sur la condition que le couple d'em brayage MK doit augmenter de manière linéaire pour une paire de valeurs données de Anz et Mm. On peut également envisager d'autres évolutions dans le temps du couple d'embrayage MK. Toutefois, une évolution linéaire du couple d'embrayage MI à effectuer et as sure en outre une accélération harmonieuse du véhicule. Si pendant l'opération de démarrage au moins l'une des valeurs Anz et Mm varie parce que le conducteur en fonce la pédale d'accélérateur et que l'on a ainsi un angle de débattement # plus grand que le couple moteur augmenté Mm, alors l'installation de commande 29 s'appuyant sur des va- leurs instantanées de Anz et Mm, définit une valeur actuali sée pour l'intégrale nécessaire de l'excédent de couple Mm - MK. Cette valeur actualisée de l'intégrale du couple peut rendre nécessaire une adaptation de la caractéristique MK et alors l'installation de commande 29 fixe, à partir du point d'actualisation, un autre gradient pour le couple d'embrayage MK. Pour l'ensemble de l'opération de démarrage on peut arri ver à une courbe caractéristique polygonale pour le couple d'embrayage MK. Selon la différence variable dans le temps entre le couple moteur Mm et le couple d'embrayage MK à régler, ob tenue comme cela a été indiqué ci-dessus, l'installation de commande 29 génère un signal de commande de position So qui constitue le composant principal du signal S de position d'actionneur. Le signal de commande de position So produit un réglage de l'organe de débrayage qui correspond à l'excédent de couple souhaité. La relation entre la position de l'organe de débrayage et l'état de l'embrayage 5, en particulier de la composante en pourcentage du couple MK qu'il transmet par rapport au couple Mm reçu en entrée, a été déterminée ci- dessus, préalablement et est mémorisée dans l'installation de commande 29. Le couple moteur Mm est fourni à l'installation de commande 29 par exemple par un appareil de commande de mo teur 30 qui commande le fonctionnement du moteur à combustion interne 1. On peut également envisager d'utiliser l'angle de débattement cc de la pédale d'accélérateur 15 comme mesure du couple Mm fournie par le moteur 1. On peut également avoir des déviations entre la composante du couple moteur Mm effectivement transmis par l'embrayage 5 et le pourcentage prédéfini par l'installation de commande 29. Cela peut se traduire par une réduction du confort de démarrage. Pour éviter de telles déviations, il est prévu un régulateur de différence de vitesses de rotation 31 à l'aide duquel on règle la vitesse de rotation Mm du mo teur sur une valeur de consigne instantanée ncons variant en fonction du temps. Cette valeur de consigne est fournie par l'installation de commande 29 ; partant de la valeur réelle du régime moteur nm mesurée au début de l'opération de démar rage (régime de ralenti) on détermine une courbe de consigne pour le régime du moteur qui devrait découler de l'excédent de couple MM-MK disponible pour accélérer le moteur. Un autre soustracteur 33 forme la différence An entre la valeur réelle du régime nm du moteur et la valeur de consigne ins tantanée ncons, Le régulateur 31 fonctionne pour annuler cette différence de vitesses de rotation An. Pour cela il fournit un signal de correction de position SK qui est combi né par l'additionneur 35 au signal de commande de position So fourni par l'installation de commande 29. Le signal de cor rection de position SK corrige la position de débrayage éta blie par le signal de commande de position So, en fonction de l'amplitude et du signe algébrique de la différence des vi tesses de rotation An. Si par exemple à un instant donné, le régime nm du moteur est supérieur à sa valeur de consigne instantanée ncons, le régulateur 31 génère le signal de cor rection SK de manière à embrayer plus fortement l'embrayage 5 et transmettre un couple d'embrayage MK Plus grand. Si le ré gime moteur nm est inférieur à la valeur de consigne instan tanée ncons, l'inverse est vrai. Le régulateur 31 est de préférence un régulateur PID (régulateur proportionnel - in tégral - différentiel). La figure 2 montre des courbes caractéristiques du couple moteur Mm, du couple d'embrayage MK, du régime ci ble n7, du régime moteur nm et de la vitesse de rotation de la boîte nG, mesurée en sortie d'embrayage. Si le conducteur enfonce la pédale d'accélérateur 15, la vitesse de rotation cible nz augmente d'une valeur no (vitesse de rotation de ra lenti) à une valeur n2 proportionelle à l'angle de débatte- ment (x. A l'instant tl, le conducteur atteint la position souhaitée pour la pédale d'accélérateur ; la vitesse de rota tion cible nz reste pour cela inchangée à partir de l'instant tl. De façon analogue à la vitesse de rotation cible nz, le couple moteur Mm fourni par le moteur 1 augmente proportion nellement au débattement de la pédale d'accélérateur pour passer de la valeur 0 à la valeur Ml. A partir de l'instant tl, on suppose que dans le cas idéal le couple reste cons tant. A l'instant t2, le couple d'embrayage MK atteint la valeur Ml et devient égal au couple moteur Mm. Dans la pé- riode comprise entre tl et t2 à la fois le couple moteur et la vitesse de rotation cible sont constants. Le régime du mo teur est à la valeur nl à l'instant tl . Jusqu'à la vitesse de rotation cible il faut une augmentation de vitesse.corres- pondant à la différence n2 - nl. Pour cette augmentation de vitesse, il faut l'intégrale de l'excédent de couple moteur représentée par la surface hachurée B par rapport au couple d'embrayage. A l'instant tl, le couple d'embrayage est à la valeur M2. Partant de l'exigence d'une augmentation linéaire du couple d'embrayage, on a, à partir de l'instant tl, le tracé du couple d'embrayage MK représenté à la figure 2. La caractéristique du couple d'embrayage coupe la caractéristi que du couple moteur au point P. on examinera ci-après le cas du moteur 1 qui ne fournit à partir de l'instant tl qu'un couple moteur plus faible M3 mais quà partir de cet instant on veut toujours augmenter le régime moteur de la différence n2 - nl. L'intégrale de l'excédent de couple nécessaire à cette aug mentation de régime correspond alors de façon invariable à la surface B. Mais comme le couple moteur est réduit, on aura une autre courbe du couple d'embrayage représentée par la ca ractéristique MK, à la figure 2. Cette courbe coupe au point P' la caractéristique du couple moteur. On atteint le point P' à l'instant t3 qui est situé au-delà du point P. Suivant le couple moteur disponible et l'augmen tation nécessaire du régime, on aura ainsi un tracé différent de la caractéristique du couple d'embrayage d'un cas à l'autre. Le gradient de la caractéristique du couple d'em brayage influence l'augmentation de la vitesse de rotation nG de la boîte de vitesses et ainsi l'accélération du véhicule. On voit qu'un tracé linéaire du couple d'embrayage aboutit à une accélération régulière perçue comme harmonieuse et con fortable par le conducteur. En pratique, la vitesse de rotation cible et le couple moteur ne sont pas constants pendant toute l'opération de démarrage. Comme déjà indiqué, on a des variations de la vitesse de rotation cible et du couple moteur déjà au début de l'opération de démarrage, si le conducteur enfonce de plus en plus la pédale d'accélérateur. De telles variations peu vent être prises en compte par le calcul, en recalculant de manière cyclique à partir des valeurs instantanées respecti ves du régime moteur et de la vitesse de rôtation cible, l'intégrale nécessaire du couple excédentaire, et (dans la mesure où cela est nécessaire) en modifiant le tracé de la courbe caractéristique du couple d'embrayage. En pratique, cela se traduit par un couple moteur qui n'augmente pas de manière linéaire dans toute la phase de démarrage mais qui suit un tracé polygonal. On voit clairement à la figure 2 la nature polygonale de la courbe caractéristique MK produite par la variation en fonction du temps de la vitesse de rota tion cible et du couple moteur avant l'instant tl. Le cycle d'actualisation peut s'exécuter dans un temps de quelques millisecondes, par exemple en environ 10 ms. A l'aide de lalgorithme décrit ci-dessus on rè gle l'embrayage toujours avant le début de l'opération de dé- marrage pour que le couple excédentaire disponible à l'entrée de l'embrayage soit juste suffisant pour rapprocher en dou ceur le régime moteur et la vitesse de rotation cible. Le couple excédentaire est maintenu suffisamment faible pour ce la afin d'éviter que le régime moteur ne passe au-dessus de la vitesse de rotation cible. Il est clair que l'algorithme peut s'utiliser en principe non seulement pour man#uvrer l'embrayage au démar rage, mais également pour engager l'embrayage après un chan gement de rapport de vitesses, en étant le cas échéant modifié ou complété. R E V E N D I C A T 1 0 N S l') Dispositif pour actionner un embrayage à friction (5) de véhicule automobile dont l'organe de débrayage peut être po sitionné par un actionneur (7) entre une position débrayée qui correspond au débrayage complet de l'embrayage (5) jusque dans une zone de différentes positions d'embrayage permettant une transmission de couple par l'embrayage (5), caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur de régime moteur (27) captant la vitesse de ro tation d'entrée (nM) de l'embrayage (5), - une installation (21)qui définit une vitesse de rotation cible prédéterminant une vitesse de rotation cible (nz) du moteur, - un soustracteur (25) formant un signal cible d'augmen tation de vitesse de rotation (Anz) correspondant à la différence entre la vitesse de rotation cible (nz) du mo teur et la vitesse de rotation d'entrée (nM), - une installation pour déterminer le couple moteur (30 fournissant un signal de couple moteur (MM) représentant le couple d'entrée de l'embrayage (5) et - une installation de commande (29) qui, en fonction du si gnal cible d'augmentation de vitesse de rotation (Anz) et du signal de couple moteur (MM), détermine un excédent de consigne de couple moteur variable en fonction du temps pour le couple d'entrée (MM) par rapport au couple de sor tie (MK) de l'embrayage (5) et qui, en fonction de l'excédent de consigne de couple moteur, génère un signal de commande de position (SO) qui agit sur l'actionneur (7) de l'organe de débrayage. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation qui prédétermine la vitesse de rotation cible (21) réagit à un capteur de réglage de puissance (17) qui dé- tecte la position x) d'une installation de réglage (15) de la puissance du moteur, notamment une pédale d'accélérateur, et prédétermine la vitesse de rotation cible (nz) du moteur en fonction de la position x) de l'installation de réglage (15) de la puissance du moteur. 3') Dispositif selon lune quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'installation de commande (29) détermine l'évolution chrono logique de l'excédent de consigne du couple moteur sur la base d'une augmentation linéaire au moins par intervalle de temps du couple de sortie (MK) de l'embrayage (5). 4') Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que # l'installation de commande (29) détermine, en fonction de l'excédent de consigne de couple moteur, une valeur de consigne (ncons) instantanée variant en fonction du temps pour la vitesse de rotation d'entrée (nM) et génère un si gnal de différence de vitesses de rotation (An) correspon dant à la différence entre la vitesse de rotation d'entrée (nM) et sa consigne instantanée (ncons) et # une installation de régulation de la différence de vites ses de rotation (31), en fonction du signal de différence de vitesses de rotation (An) génère un signal de correc tion de position (SK) positionnant l'actionneur (7) de l'organe de débrayage dans le sens d'une réduction de la différence de vitesses de rotation (An). 5') Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'installation de régulation de la différence de vitesses de rotation (31) est un régulateur intégrateur, notamment un ré gulateur proportionnel-intégral-différentiel, qui génère le signal de correction de position (SK).