Brevet FR2802975A1 — publié le 20010629

La présente invention concerne un procédé de ré- gulation du régime d'un moteur de véhicule équipé d'une com- mande de moteur, au cours d'une opération de commutation dans des véhicules équipés d'une boîte de vitesses automatisée. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en ouvre de ce procédé. Etat de la technique. Dans le cas de véhicules avec une ligne de trans- mission à composants automatisés tels que moteurs, embrayages et boîtes de vitesses, la commande du changement de rapport de vitesses est assurée par une commande de transmission. Pour cela, par un actionneur approprié, on prédétermine usuellement pour la boîte de vitesses, le rapport de vitesses souhaité que l'on veut passer par l'opération de commutation. L'opération de commutation se décompose en trois phases. Dans une première phase de réduction de couple, on réduit le couple du moteur, l'ancien rapport étant encore en- gagé et on ouvre l'embrayage. Dans une seconde phase consécu- tive (changement de rapport) on dégage l'ancien rapport de vitesses. Dans une dernière phase d'augmentation de couple, on passe le rapport de vitesses voulu et on ferme de nouveau l'embrayage. Les différences de régime qui existent à ce mo- ment sont en général compensées mécaniquement, par exemple à l'aide d'une bague de synchronisation. Une telle synchronisa- tion se traduit par une sollicitation mécanique importante de la boîte de vitesses et de plus l'opération est relativement lente. On peut également adapter le régime seulement à l'intérieur de limites définies par la mécanique, c'est-à- dire qu'avec des différences de régime très élevées on ne peut plus commuter la boîte de vitesses sans risquer de l'endommager. Pour éviter cet inconvénient on connaît des pro- cédés selon lesquels une commande d'embrayage, associée à l'embrayage, modifie le régime du moteur. On influence alors le couple moteur prédéterminé par le conducteur sans réaliser une régulation de régime dans le sens proprement dit. Mais une telle commande indirecte ne tient compte que de manière insuffisante ou pas du tout des limitations imposées aux pa- ramètres du moteur. On ne peut pas réaliser ainsi une adapta- tion précise et rapide du régime qui permettrait un confort élevé de commutation. Avantages de l'invention. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' (a) on détermine un régime de consigne du moteur du véhicule en fonction d'un régime de synchronisation d'un nouveau rapport de vitesses à régler pour la boîte de vitesses, (b) on détermine une dynamique de la montée du couple à par- tir du régime actuel du moteur, du couple actuel du mo- teur et d'un historique de couple enregistré dans une mémoire de couple, et à l'aide d'un prédicteur émettant un régime prévisionnel (prédiction) qui s'établit à la fin d'un horizon prévisionnel, et (c) on saisit le régime actuel, le régime prévisionnel et le régime de consigne à l'aide d'un régulateur dont la gran- deur de sortie est un couple de consigne du moteur du vé- hicule que doit régler la commande du moteur. Cela permet ainsi de réguler le régime dans le sens d'une adaptation de la grandeur guide: le régime de consigne. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le couple de consigne se définit en fonction d'un temps mort du moteur du véhicule pour une montée de couple; - on limite le couple de consigne par un couple minimum et un couple maximum réglables pour le régime actuel du mo- teur (limiteur); dans ce cas on peut fixer les valeurs limites en fonction d'un rapport de vitesses de consigne et/ou du couple demandé par le conducteur; - on introduit l'historique du couple pour fixer, pour cha- que prédiction, un nombre de couples antérieurs à prendre en compte, auquel cas soit on fixe le nombre selon le ré- gime actuel et/ou le temps mort, soit on définit le nombre de manière expérimentale et on l'enregistre comme caracté- ristique. On peut aussi prévoir de subdiviser la prévision en un nombre total de pas jusqu'à atteindre l'horizon pré- visionnel, et le nombre de pas pour prendre en compte l'historique du couple est inférieur au nombre restant de pas pendant la prévision; - on augmente le régime de consigne pendant le changement de rapport selon une fonction ou une rampe, jusqu'à atteindre le régime de synchronisation, ou un régime de synchronisa- tion diminué d'une valeur prédéterminée. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens qui a) déterminent un régime de consigne du moteur du véhicule en fonction d'un régime de synchronisation d'un nouveau rap- port de vitesse à régler dans la boîte de vitesses, b) déterminent une dynamique de la montée du couple à partir du régime actuel du moteur, d'un couple moteur actuel et d'un historique de couple enregistré dans une mémoire de couple et à l'aide d'un prédicteur émettant un régime pré- visionnel qui s'établit à la fin d'un horizon prévisionnel (prédiction), et c) saisissent le régime actuel, le régime prévisionnel et le régime de consigne, à l'aide d'un régulateur dont la gran- deur de sortie est un couple de consigne du moteur du vé- hicule que la commande du moteur doit régler. Pour cela, le dispositif peut avantageusement comporter un limiteur qui limite le couple de consigne par un couple minimum et un couple maximum réglables pour le régime actuel du moteur; une interface vers un bloc de calculs pour les données du moteur avec une mémoire de couple dans laquelle est enregistré l'historique du couple utilisé pour déterminer le régime prévisionnel. En outre on prévoit dans le dispositif selon l'invention des moyens permettant d'augmenter le régime de consigne pendant le changement de rapport selon une fonction ou une rampe jusqu'à atteindre le régime de synchronisation ou un régime de synchronisation diminué d'une valeur prédé- terminée. Il est particulièrement avantageux d'enregistrer dans le régulateur des grandeurs de parcours, comme par exem- ple un temps mort du moteur à combustion interne lors de l'établissement du couple et un limiteur du couple moteur. Selon un développement préférentiel du procédé ou du dispositif selon l'invention, on tient compte de l'importance du couple antérieur par l'introduction d'une grandeur dépendant du régime. Cette grandeur dépendant du ré- gime peut elle-même être réglée selon le régime actuel et/ou le temps mort et être rendue disponible pour le procédé comme courbe caractéristique. Il est en outre avantageux de répar- tir la prédiction sous la forme d'un nombre global de pas jusqu'à un horizon prévisionnel. Le nombre de pas utilisé pour tenir compte de l'historique du couple doit si possible être inférieur au nombre résiduel de pas, car ainsi on peut influencer de manière positive le comportement de régulation. Selon un autre développement avantageux du procé- dé de l'invention, on matérialise la relation entre le régime de consigne et le régime de synchronisation en variant celui- ci pendant la commutation. Dans le cas le plus simple, le ré- gime de consigne est identique au régime de synchronisation mais il est également possible d'augmenter le régime de con- signe selon une rampe ou encore selon une autre courbe pour atteindre le régime de synchronisation. On peut également en- visager que le régime de consigne diffère d'une valeur prédé- terminée par rapport à la valeur du régime de synchronisation. On arrive ainsi à une adaptation de régime particulièrement robuste mais également extrêmement souple. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe de régulation du ré- gime d'un moteur de véhicule avec commande de moteur pen- dant une commutation, - la figure 2 est un ordinogramme pour prévoir un régime. Description de l'exemple de réalisation. L'entraînement d'un véhicule est assuré par une ligne de transmission comprenant en général les composants tels qu'un moteur avec une commande de moteur, un embrayage et une boite de vitesses. La coordination de ces composants est assurée par une commande de ligne de transmission qui prédéfinit les grandeurs de consigne pour les différents com- posants par des actionneurs associés en fonction de la situa- tion de conduite respective. Si la commande de la ligne de transmission détermine la nécessité de commuter, de façon connue et non détaillée, on lance une commutation. La commutation (changement de rapport de vites- ses) se subdivise usuellement en trois phases, à savoir une réduction de couple, un changement de rapport et une augmen- tation du couple. Le but du procédé esquissé ci-après est de permettre une synchronisation régulée par la commande du mo- teur entre le régime du moteur et un régime de synchronisa- tion au cours de la phase de changement de rapport de vitesses. Cette adaptation des régimes (vitesse de rotation) se fait dans un circuit de régulation par un régulateur 10 dont la grandeur de sortie est le couple moteur de consigne mdm,cons. La figure 1 montre un schéma de principe d'une telle régulation. Il faut tout d'abord déterminer une grandeur d'entrée du régulateur 10, à savoir un régime moteur de con- signe nm,cons. Partant d'un régime de synchronisation nsync d'un nouveau rapport de transmission (u), on peut définir ce régime de synchronisation. Le régime de synchronisation nsync est le produit du rapport de vitesses (u) et de la vitesse de rotation de sortie de la boîte de vitesses nga. Le régime de consigne du moteur nm,cons se déduit de la vitesse de rota- tion nsync selon la règle de calcul suivante: nm, cons = f(nsync) Dans le cas le plus simple, le régime de consigne du moteur nm,cons est identique à la vitesse de rotation de synchronisation ou régime de synchronisation nsync, mais on peut également envisager, par un choix approprié de la fonc- tion (f), de prédéfinir un autre tracé en fonction du temps. On peut également envisager d'augmenter le régime de consigne nm,cons selon une forme de rampe jusqu'à atteindre le régime de synchronisation nsync. En outre, on peut envisager que le régime de consigne nm,cons diffère également, après la fin de la phase de changement de rapport, d'une valeur prédéterminée par rapport au régime de synchronisation nsync. D'autres composants importants de la régulation sont, en plus du régulateur 10, la commande de moteur 12 avec une interface de couple 14, un bloc de calcul avec les don- nées de moteur 16 et une mémoire de couple 22 ainsi qu'un prédicteur 18. La régulation comporte également un limiteur 20. Après avoir déterminé la grandeur guide nm,cons, on compense celle-ci d'une manière qui sera décrite ultérieu- rement avec le régime prévisible nest et on l'introduit dans le régulateur 10. Le régulateur lui-même peut être un régula- teur de type P (proportionnel) ou PD (proportionnel- différentiel) et dans une durée de cycle prédéterminée dT, il appelle les grandeurs nécessaires. Le limiteur 20 sert à limiter une grandeur de sortie fournie par le régulateur 10, à savoir un couple mo- teur de consigne mdm,cons sur un intervalle prédéterminé. Ainsi une grandeur mdm,min d'un couple moteur le plus petit possible pour le régime actuel nm du moteur permet de fixer une valeur limite inférieure, et une grandeur mdm,max aussi grande que le couple moteur le plus grand possible au régime moteur actuel nm peut fixer la limite supérieure. On peut in- fluencer en outre des grandeurs mdm,max, mdm,min en fonction du rapport cible (u) et du souhait du conducteur. Un couple de sortie, de consigne, mdm,cons ainsi défini est d'une part appliqué à l'entrée de la commande de moteur 12 et est d'autre part transmis par l'interface 14 à une mémoire de couple 22. La commande de moteur 12 permet de réaliser, de manière connue, les couples de consigne mdmcons, respectifs. Avant de déterminer le régime prévisible nest, il faut tout d'abord, à l'aide de la mémoire de couple 22, défi- nir un historique de couple pour le cycle actuel dT. Dans le bloc de calcul des données de moteur 16, on mémorise les k dernières demandes de couple dans un réseau mdhist. L'expression mdhist(1) est la demande actuelle de couple et mdhist(k) est la demande de couple à fournir à l'instant (k - 1) x dT. La valeur k dépend de la vitesse de rotation et est définie pour que seulement les demandes de couple prises en compte pour le comportement futur du moteur jouent un rôle. Les valeurs de k sont mémorisées dans une courbe carac- téristique et peuvent se déterminer par exemple de manière expérimentale. De plus, de cette manière, c'est-à-dire par la relation k = Tt/dT, on tient compte d'un temps mort Tt du mo- teur pour fournir un certain couple. Les grandeurs de sortie du prédicteur 18 sont le régime actuel nm du moteur, le cou- ple moteur actuel mdm et le réseau mdhist. La figure 2 montre un ordinogramme pour détermi- ner le régime prévisible nest. Les différents blocs de calcul 1 à 6 sont exécutés séquentiellement. Le bloc de calcul 1 reçoit tout d'abord les gran- deurs mdhist, mdm et nm. Avec une constante de temps T1 du moteur pour augmenter le couple et le temps de détection dT on définit les coefficients (a) et (b) pour une réalisation numérique d'un élément de temporisation du premier ordre. Dans le bloc de calcul 2, suivant, on initialise un couple mdtemp et un couple mdsum. Le couple mdtemp est ce- lui qui s'établit de manière prévisionnelle pour un allumage optimum alors que le couple mdsum est la somme des couples efficaces pendant la prédiction. Ensuite, on parcourt k fois le bloc 3. Dans le bloc, on calcule le couple mdsum qui cor- respond à l'intégrale en fonction du temps du couple moteur effectif mdeff entre l'instant actuel et l'horizon prévision- nel Tpred. A l'aide d'une fonction (g) on peut tenir compte d'un effet de réduction de couple par une action sur l'angle d'allumage. Après avoir parcouru k fois le bloc 3, on aura tenu compte de toutes les conditions de couple, passées, mdhist qui jouent un rôle pour le développement du régime. Dans le bloc de calcul 4, suivant, partant de l'horizon prévisionnel Tpred, on définit le nombre total de pas correspondant à la durée de la prédiction. Il est parti- culièrement avantageux que ce nombre soit supérieur à k pour avoir un bon comportement de régulation. Dans le bloc de calcul 5 on poursuit la prédic- tion selon le même principe que dans le bloc 3. La différence est qu'il n'y a pas à tenir compte de conditions relatives au couple antérieur mdhist et c'est pourquoi on peut prendre comme condition la valeur zéro. La prédiction se fait globa- lement selon les pas kplus; kplus représente le nombre de pas pendant lesquels la prédiction se poursuit au-delà de ce qui est pris en compte pour l'historique du couple. Pour l'horizon prévisionnel Tpred on a la relation suivante: Tpred = (k + kplus) À dT La prédiction se poursuit jusqu'à atteindre l'horizon prévisionnel Tpred. Pour déterminer le régime prévisionnel nest, on additionne une différence de vitesse de rotation par rapport au régime actuel nm dans le bloc de calcul 6. La différence de vitesse de rotation (différence de régime) s'obtient à partir du couple somme mdsum, de la durée de détection dT et de l'inertie O du moteur. Si possible, le calcul n'est ef- fectué qu'une seule fois à la fin de la prédiction pour des raisons de vitesse d'exécution et non pas à chaque étape pré- visionnelle et on applique la relation: nest = nm + mdSUM.dT R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de régulation du régime d'un moteur de véhicule équipé d'une commande de moteur au cours d'une opération de commutation dans des véhicules équipés d'une boite de vites- ses automatisée, caractérisé en ce que (a) on détermine un régime de consigne (nm,cons) du moteur du véhicule en fonction d'un régime de synchronisation (nsync) d'un nouveau rapport de vitesses (u) à régler pour la boîte de vitesses, (b) on détermine une dynamique de la montée du couple à par- tir du régime actuel (nm) du moteur, du couple actuel (mdm) du moteur et d'un historique de couple (mdhist) en- registré dans une mémoire de couple (22), et à l'aide d'un prédicteur (18), le prédicteur (18) émettant un ré- gime prévisionnel (nest) (prédiction) qui s'établit à la fin d'un horizon prévisionnel (Tpred), et (c) on saisit le régime actuel (nm), le régime prévisionnel (nest) et le régime de consigne (nm,cons) à l'aide d'un régulateur dont la grandeur de sortie est un couple de consigne (mdm,cons) du moteur du véhicule que doit régler la commande du moteur. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple de consigne (mdm,cons) se définit en fonction d'un temps mort (Tt) du moteur du véhicule pour une montée de cou- ple. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu' on limite le couple de consigne (mdm,cons) par un couple mini- mum et un couple maximum réglables (valeur limite mdm,min et mdm,max) pour le régime actuel (nm) du moteur (limiteur 20). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on fixe les valeurs limites (mdm,min, mdm,max) en fonction d'un rapport de vitesses de consigne (u) et/ou du couple demandé par le conducteur. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' on introduit l'historique du couple (mdhist) pour fixer, pour chaque prédiction, un nombre (k) de couples antérieurs à prendre en compte. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on fixe le nombre (k) selon le régime actuel (nm) et/ou le temps mort (Tt). 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu' on définit le nombre (k) de manière expérimentale et on l'enregistre comme caractéristique. 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu' on subdivise la prévision en un nombre total de pas jusqu'à atteindre l'horizon prévisionnel et le nombre (k) de pas pour prendre en compte l'historique du couple est inférieur au nombre restant de pas pendant la prévision. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu' on augmente le régime de consigne (nm,cons) pendant le change- ment de rapport selon une fonction (f) ou une rampe, jusqu'à atteindre le régime de synchronisation (nsync) ou un régime de synchronisation (nsync) diminué d'une valeur prédétermi- née. ) Dispositif de régulation du régime d'un moteur de véhi- cule équipé d'une commande de moteur au cours d'un changement Il de rapport de vitesses pour des véhicules équipés d'une boîte de vitesses automatisée, caractérisé par des moyens qui a) déterminent un régime de consigne (nm,cons) du moteur du véhicule en fonction d'un régime de synchronisation (nsync) d'un nouveau rapport de vitesse (u) à régler dans la boîte de vitesses, b) déterminent une dynamique de la montée du couple à par- tir du régime actuel (nm) du moteur, d'un couple moteur actuel (mdm) et d'un historique de couple (mdhist) enre- gistré dans une mémoire de couple (22), et à l'aide d'un prédicteur (18), le prédicteur (18) émettant un régime prévisionnel (nest) qui s'établit à la fin d'un horizon prévisionnel (Tpred) (prédiction), et c) saisissent le régime actuel (nm), le régime prévisionnel (nest) et le régime de consigne (nm,cons), à l'aide d'un régulateur dont la grandeur de sortie est un couple de consigne (mdm,cons) du moteur du véhicule que la commande du moteur doit régler. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif comporte un limiteur (20) qui limite le couple de consigne (mdm, cons) par un couple minimum et un couple maximum réglables (valeurs limites mdm,min et mdm,max) pour le régime actuel du moteur (nm). 12 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que le dispositif comporte une interface (14) vers un bloc de calculs pour les données (16) du moteur avec une mémoire de couple (22). 13 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le dispositif comporte une mémoire de couple (22) dans laquelle est enregistré l'historique du couple (mdhist) uti- lisé pour déterminer le régime prévisionnel (nest). 14 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé par des moyens permettant d'augmenter le régime de consigne (nm,cons) pendant le changement de rapport selon une fonction 0 (f) ou une rampe jusqu'à atteindre le régime de synchronisa- tion (nsync), ou un régime de synchronisation (nsync) diminué d'une valeur prédéterminée.