Brevet FR2802865A1 — publié le 20010629

La présente invention concerne un procédé pour coordonner la commande d'un moteur et d'un embrayage de véhi- cule à l'aide d'une commande de ligne de transmission pendant un changement de rapport de vitesses, au moins un actionneur étant associé au moteur et à l'embrayage, pour régler une va- leur de consigne du couple moteur ou du couple d'embrayage (établissement du couple) par la commande de la ligne de transmission. Etat de la technique Les véhicules automobiles actuels comportent des groupes d'entraînement dont un nombre croissant est automati- sé. Une demande de puissance transmise par le conducteur né- cessite ainsi une commande coordonnée des différents éléments particuliers pour avoir un démarrage confortable et une com- mutation rapide et confortable des vitesses. Comme unités au- tomatisées, on a entre autres la boîte de vitesses, l'embrayage et le véhicule du moteur. En particulier, la com- mande coordonnée de ces deux derniers composants crée des difficultés considérables en pratique. Ainsi, il faut prédé- terminer d'une part une valeur de consigne du couple pour la commande de puissance du moteur, et d'autre part une valeur de consigne du couple d'embrayage pour l'embrayage automati- sé. Globalement, il faut une commande précise du régime du moteur pour qu'avec la fermeture de l'embrayage, le véhicule accélère sans heurt et que l'on évite d'exciter les vibra- tions de la ligne de transmission. Une telle commande précise n'a pas été rendue possible par les procédés de l'état de la technique. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet, un procédé du type défini cidessus, caractérisé en ce que a) on fixe la valeur de consigne du couple d'embrayage, à l'instant (t) en fonction d'un couple de sortie d'embrayage de référence (trajectoire du couple), et b) on fixe la valeur de consigne du couple moteur à l'instant (t) composée d'une composante de régulation et d'une composante de commande, la composante de régulation résultant de la déviation entre le régime moteur par rap- port à un régime moteur de référence (trajectoire de ré- gime) à l'instant (t), et la composante de commande résultant de la trajectoire de régime à l'instant (t), d'un tracé futur de la trajectoire de régime, de la tra- jectoire de couple, ainsi que d'une courbe précédente des grandeurs de réglage du moteur du véhicule (commande pré- dictive du moteur). Ce procédé évite d'avoir à prédéfinir des condi- tions normalisées pour une opération d'embrayage optimale et au lieu de cela, on peut adapter la valeur de consigne direc- tement en référence aux paramètres de fonctionnement saisis ou aux paramètres d'état. La trajectoire du régime peut être fixée par un champ de caractéristiques en fonction du souhait du conduc- teur, d'un type de conduite, d'une différence de rapport de vitesse avant et après la commutation, d'une situation de conduite, d'une puissance motrice de consigne à la fin de la commutation, et d'une différence de régime moteur et de vi- tesse d'entrée de boîte de vitesses au début de la commuta- tion et pour une durée de référence. Il est particulièrement avantageux d'extraire tout d'abord cette durée de référence à partir du champ de caractéristiques en utilisant comme grandeurs d'entrée le souhait du conducteur, le type de conducteur, la différence de démultiplication, la situation de conduite et la puissance motrice de consigne. Il est également avantageux que le couple (mdk,cons) à l'instant (t) comprenne une composante de régu- lation (mdk,r) et une composante de commande (mdk,s), la com- posante de régulation (mdk,r) résultant de la différence entre la trajectoire de couple (mdka,ref) et le couple de sortie d'embrayage (mdka, est) estimé à l'instant (t), et la composante de commande (mdk,s) étant fixée en fonction de la trajectoire de couple (mdka,ref) En outre, de façon intéressante, on définit le couple de sortie d'embrayage estimé en fonction d'une résis- tance de roulement. Dans ce cas, pour déterminer le couple de sortie d'embrayage estimé pendant la phase de coupure de la force de traction, - on définit tout d'abord une résistance de roulement (ffw,est) selon la prescription de calcul ffwest = azu (m + c e), dans laquelle (mfzg) est la masse du véhicule, (al,zu) est une accélération longitudinale du véhicule dont on fait la moyenne pendant la phase d'interruption de la force de traction et O est la valeur du moment d'inertie de rota- tion des roues et des arbres jusqu'à la sortie de la boîte de vitesses et des masses en rotation de la boîte de vi- tesses à la sortie de celle-ci, - pendant la phase d'établissement du couple, on détermine une force de traction (fzug,est) selon la prescription de calcul fzug,est = fw,est + a, À (mfzg + c.) - ensuite, on calcule le couple de sortie d'embrayage estimé (mdk,est) selon la relation Md rdyn mdk = fg,estÀ f*,e s /1 diff ', 9 dans laquelle (rdyn) est un rayon dynamique de roue et (Pdiff) est l'amplification de couple par la trans- mission différentielle et (pg) est l'amplification de couple de la boîte de vitesses. Selon un autre développement avantageux du procé- dé, on prédétermine la trajectoire de couple de façon qu'à la fin de la commutation, le rapport de la boîte de vitesses donne la puissance motrice souhaitée. Fixer la trajectoire de couple se fait avantageusement en tenant compte de la résis- tance de roulement qui s'établit pour le couple moteur après débrayage. Il est en outre avantageux pour la commande pré- dictive du moteur de tenir compte d'un régime de référence de la boîte de vitesses ainsi que d'un comportement de temps mort en réponse à une demande de couple. Cela permet5 d'assurer d'une manière particulièrement précise le régime du moteur. Par exemple pour la commande prédictive du mo- teur, on définit une vitesse d'entrée de boîte de vitesses de référence (nge,ref) selon la prescription de calcul10 nge,ref = nga ÀUtarg dans laquelle (nga) représente la vitesse de sortie actuelle de la boite de vitesses et (Utarg) représente une démultipli- cation de la boîte de vitesses après la commutation. De même, pour la commande prédictive du moteur, on tient compte du comportement de temps mort pour une de- mande de couple et le couple (mdm(t)) transmis à l'instant (t), est donné par la relation mdm(t) = mdm, cons(t- Tt), dans laquelle (Tt) représente un temps mort du moteur du vé- hicule. Il est en outre avantageux pour la commande pré- dictive du moteur, de prendre en compte la trajectoire du couple dans un intervalle de temps futur (horizon prévision- nel), le couple de sortie d'embrayage à l'instant (t) suivant approximativement la trajectoire du couple. A l'aide du com- portement en temps mort et de la trajectoire du couple dans l'horizon prévisionnel, on prévoit le comportement du moteur du véhicule en fonction d'un moment d'inertie et d'une vi- tesse angulaire du moteur du véhicule. Par exemple, pour la commande prédictive du mo- teur, on définit un comportement du moteur dans l'intervalle de temps (Tpred) selon la prescription de calcul em ' odotm(t) = mrndm,cons(t-Tt) mdk,(t) dans laquelle ( m) représente le moment d'inertie et (odotm(t)) représente la dérivée en fonction du temps de la vitesse angulaire du moteur du véhicule à l'instant (t). De même on définit la vitesse angulaire (com(t+Tpred)) à l'instant (t+ Tpred) selon la prescription de calcul Om(t+Tpred) [mdmco s(- Tt) - mdka, ref ()] dr t Globalement, à l'aide des moyens exposés, la com- mande prédictive du moteur fournit un régime moteur prévisi- ble à l'instant (t+Tpred), et avec ce régime moteur on détermine une courbe corrigée de la trajectoire de régime de l'instant (t+Tpred) jusqu'à l'instant (ttarg), la trajectoire15 de régime ainsi obtenue ayant à l'instant (t+Tpred) un gra- dient (codotm,ps). Enfin, on définit une grandeur de réglage (mdm,s) du couple du moteur du véhicule selon la prescription de cal- cul. mdms = em odotm,ps + mdka,ref(t + Tpred) Par la procédure ainsi exposée, on peut fermer l'embrayage et accélérer le véhicule d'une manière particulièrement confor- table et rapide. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un diagramme pour déterminer les gran- deurs de consigne d'un couple moteur et d'un couple d'embrayage, - la figure 2 montre la courbe du régime du moteur ou de l'arbre d'entrée de la boite de vitesses pendant une com- mutation pour un changement de rapport de vitesse. Description de l'exemple de réalisation: La ligne de transmission étant équipée d'unités automatisées telles que le moteur du véhicule, son embrayage ainsi que sa boîte de vitesses automatique, il est nécessaire de coordonner les unités lors d'un changement de rapport de vitesses. Pour cela, usuellement, on associe aux unités, une commande de ligne de transmission qui saisit les paramètres de fonctionnement et les états de fonctionnement des diffé- rentes unités, les exploite et fournit des grandeurs de ré- glage pour les actionneurs associés aux unités. L'objet du présent procédé est de commander le réglage d'une valeur de consigne du couple mdm,cons ou d'un couple d'embrayage mdk,cons (établissement du couple). La figure 1 montre schématiquement un diagramme pour déterminer la valeur de consigne mdm,cons du moteur 10 du véhicule ou la valeur de consigne mdk,cons pour l'embrayage 12. Les valeurs de consigne respectives sont alors prédéfinies à un instant (t) par un moyen d'action- nement approprié pour le moteur 10 ou l'embrayage 12. Le couple d'embrayage mdk,cons est fixé en fonc- tion d'un couple de sortie d'embrayage de référence mdka,ref) (trajectoire de couple). Selon l'exemple de réalisation, le couple d'embrayage mdka,cons est formé d'une composante de régulation mdk,r et d'une composante de commande mdk,s. La commande de régulation mdk,r est une grandeur de sortie d'un régulateur 16 dont la grandeur d'entrée est constituée par la déviation de régulation entre la trajectoire de couple mdka,ref et le couple de sortie d'embrayage mdka,est estimée par un observateur 18. La composante de commande mdk,s se dé- termine dans un bloc de calcul (commande d'embrayage 20). Le couple mdka,est estimé par un observateur 18 s'obtient de la manière suivante: Pendant une commutation de rapport de vitesses, la force de traction est interrompue, de sorte que l'arbre de sortie de la boîte de vitesses ne fournit pas de couple. Si à ce moment, on ne freine pas, on aura une accélération longi- tudinale pratiquement constante al,zu du véhicule. A l'aide de l'accélération longitudinale al,zu, on peut définir la ré- sistance de roulement. On forme d'abord la grandeur al,zu, en faisant la moyenne des valeurs de l'accélération longitudinale du véhi- cule pendant l'interruption de la force de traction (trans- mission du couple sur l'arbre de sortie de la boîte de vitesses pg = 0). L'accélération longitudinale du véhicule peut se déterminer à partir d'un signal de mesure fourni par un capteur d'accélération ou de la dérivée en fonction du temps de la vitesse de rotation de sortie de boîte de vites- ses nga. La résistance de roulement estimée ffw,est est don- née par la formule suivante: ffw,est -= z * (meg + C), dans laquelle mfzg est la masse du véhicule et O la valeur du moment d'inertie de rotation des roues et des arbres jusqu'à la sortie de la boite de vitesses et des mas- ses en rotation de la boîte de vitesses à la sortie de celle- ci. La grandeur ffw,est obtenue pendant la coupure de la force de traction est tout d'abord retenue pendant l'embrayage et sert à estimer le couple mdka,est. Tout d'abord, pendant la phase d'établissement du couple, on défi- nit une force de traction estimée fzug,est suivant la pres- cription de calcul suivante: fzug,est= ffwest + a, À (mftg + C.) Puis, on définit le couple de sortie d'embrayage estimé mdk,est par la règle de calcul suivante: rd mdk,es, = fug,est. Ydig '#g Dans cette formule, rdyn est le rayon dynamique de roue et Pdiff est l'amplification de couple de la trans- mission différentielle; pg est l'amplification de couple de la boîte de vitesses. La trajectoire de couple mdka,ref est prédéfinie pour qu'à la fin de la commutation de la boîte de vitesses, a l'instant ttarg, on soit à la puissance motrice PWan,cons. La partie supérieure de la figure 1 schématise une opération pour déterminer la valeur de consigne mdm,cons du moteur 10. Cette valeur de consigne se compose de nouveau d'une composante de régulation mdm,r et d'une composante de commande mdm,s. La composante de régulation mdm,r se définit à partir de la déviation de régulation d'une vitesse de rota- tion nm,ref (trajectoire de la vitesse de rotation) par rap- port à une vitesse de rotation de moteur (régime moteur) nm dans un régulateur 24. A l'aide d'une commande prédictive de moteur 26, on détermine la composante de commande mdm,s d'une façon qui sera décrite ultérieurement. La courbe de régime nm,ref peut être fixée au dé- but de la commutation en fonction du souhait du conducteur, du type de conduite, d'une différence Sid de rapport de vi- tesse avant et après la commutation, d'une situation de con- duite, de la puissance motrice de consigne PWan,cons à la fin de la commutation et d'une différence nS,ini d'un régime mo- teur nm, ni ainsi que d'une vitesse d'entrée de boîte de vi- tesses nge,ini au début de la commutation. On extrait tout d'abord une durée de référence tek,ref d'un champ de caracté- ristiques en utilisant les grandeurs d'entrée telles que le souhait du conducteur, le type de conduite, la différence Sid, la situation de conduite et la puissance motrice de con- signe PWan,cons. Dans la commande prédictive d'un moteur 26, les grandeurs d'entrée sont la trajectoire de régime nm,ref, une courbe future du régime nm,ref et la trajectoire de couple mdka,ref ainsi qu'un historique des grandeurs de réglage du moteur 10 du véhicule. De plus, on peut tenir compte de la vitesse d'entrée de la boîte de vitesses de référence nge,ref. Celle-ci s'obtient par la multiplication de la vi- tesse de sortie actuelle de la boîte de vitesses nga et d'une démultiplication Utarg pour un rapport de vitesse souhaité: nge,ref = nga Utarg. - Pour expliciter la procédure suivante, pour dé- terminer la commande prédictive de moteur 26, la figure 2 montre une courbe du régime (vitesse de rotation) de l'arbre d'entrée de la boite de vitesses, du moteur 10 du véhicule et de la trajectoire de vitesse de rotation nm,ref. Au début de commutation, à l'instant tO, l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses et le moteur 10 du véhicule tournent à des vitesses très différentes (points 1 et 5) qui doivent s'égaliser à l'instant ttarg (point 6). Partant du point 1, comme cela a déjà été décrit, on définit et on prédétermine la trajectoire de vitesse de rotation nm,ref et on détermine la vitesse de rotation effective nm, par exemple à l'aide d'un capteur de vitesse de rotation. A l'instant (t), il y a une différence entre la valeur de consigne de la vitesse de rotation et sa valeur réelle (points 2 et 3). La compensation de la valeur réelle de la vitesse de rotation nm à la trajectoire de ré- gime nm,ref se fait entre autres pour définir une position future du régime nm après un intervalle de temps Tpred. Cela fait partie essentiellement de la commande prédictive de mo- teur 26. Il est intéressant pour la commande prédictive du moteur 26 d'intégrer également le comportement en temps mort entre la demande de couple et le couple obtenu. On utilise la formule suivante: mdm(t) = mdm, cons(t - T), Tt est le temps mort effectif du moteur 10 pour générer le couple. Un tracé futur de la trajectoire de couple mdka,ref arrive dans l'intervalle de temps Tpred. Par approxi- mation, on peut supposer que le couple de sortie d'embrayage mdka(t) à l'instant (t) suit la trajectoire de couple mdka, ref- A l'aide des grandeurs évoquées ci-dessus, on dé- finit le comportement du moteur 10 du véhicule dans l'intervalle de temps Tpred selon la prescription suivante: em. odotm(t) = mdmon.(t-T) - mdk,(t) Dans cette formule (8m) représente le moment d'inertie et odotm(t) est la vitesse angulaire du moteur 10 du véhicule à l'instant (t). On définit ensuite une prévision de la vitesse angulaire em du moteur 10 à l'instant (t+Tpred) par la relation suivante: t+ Ta Mm(t + Tpred) - [mdmcons(Tr- t) - mdkaref ()] dr t Cette formule correspond à une intégration dis- crète. Le résultat de cette dernière étape prévisionnelle est un régime prévisionnel nm,p du moteur à l'instant t+Tpred. Partant de ce régime moteur prévisionnel nm,p, on détermine une courbe corrigée de la vitesse de rotation nm,ref de l'instant t+Tpred jusqu'à l'instant ttarg. On utilise pour cela les mêmes règles de calcul que celles ayant servi à la détermination de la courbe vala- ble nm,ref. La nouvelle courbe mm, ref ainsi obtenue présente à son début à l'instant t+Tpred, un gradient dotm,ps de la vi- tesse angulaire à l'aide duquel, en appliquant la règle de calcul suivante: mdms = O OnJ îdotm,ps + mdk,ref (t +Tpred) On détermine finalement une grandeur de réglage mdm,s de l'actionneur du moteur 10 du véhicule. l! REVEN D I CAT I ON S ) Procédé pour coordonner la commande d'un moteur et d'un embrayage de véhicule à l'aide d'une commande de ligne de transmission pendant un changement de rapport de vitesses, au moins un actionneur étant associé au moteur et à l'embrayage, pour régler une valeur de consigne du couple moteur ou du couple d'embrayage (établissement du couple) par la commande de la ligne de transmission, caractérisé en ce que, a) on fixe la valeur de consigne du couple d'embrayage (mdk,Ccons), à l'instant (t) en fonction d'un couple de sortie d'embrayage de référence (mdka,ref) (trajectoire du couple), et b) on fixe la valeur de consigne du couple moteur (mdm,cons) à l'instant (t) composée d'une composante de régulation (mdm,r) et d'une composante de commande (mdm,s), la com- posante de régulation (mdm,r) résultant de la déviation entre le régime moteur (nm) par rapport à un régime mo- teur de référence (nm,ref) (trajectoire de régime) à l'instant (t), et la composante de commande (mdms) ré- sultant de la trajectoire de régime (nm,ref) à l'instant (t), d'un tracé futur de la trajectoire de régime (nm,ref), de la trajectoire de couple (mdka,ref) ainsi que d'une courbe précédente des grandeurs de réglage du mo- teur du véhicule (commande prédictive du moteur). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trajectoire de régime (nm,ref) est fixée en fonction d'un souhait de conducteur, d'un type de conduite, d'une diffé- rence (Sid) des rapports de vitesse avant et après la commu- tation, d'une situation de conduite, d'une puissance motrice de consigne (PWan,cons) à la fin de la commutation et d'une différence (nô,ini) d'un régime moteur (nm,ini) et d'une vi- tesse de rotation d'entrée de boite de vitesses (nge,ini) au début de la commutation. ) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le couple (mdk, cons) à l'instant (t) comprend une composante de régulation (mdk,r) et une composante de commande (mdk,s), la composante de régulation (mdk,r) résultant de la diffé- rence entre la trajectoire de couple (mdka,ref) et le couple de sortie d'embrayage (mdka,est) estimé à l'instant (t), et la composante de commande (mdk,s) étant fixée en fonction de la trajectoire de couple (mdka,ref) 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on définit le couple de sortie d'embrayage estimé (mdka,est) en fonction d'une résistance de roulement. 50) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour déterminer le couple de sortie d'embrayage estimé (mdka,est) pendant la phase de coupure de la force de trac- tion, - on définit tout d'abord une résistance de roulement (ffw,est) selon la prescription de calcul ffw,es.t = a,,. (fzg + C), dans laquelle (mfzg) est la masse du véhicule, (al,zu) est une accélération longitudinale du véhicule dont on fait la moyenne pendant la phase d'interruption de la force de traction et 6 est la valeur du moment d'inertie de rota- tion des roues et des arbres jusqu'à la sortie de la boîte de vitesses et des masses en rotation de la boîte de vi- tesses à la sortie de celle-ci, - pendant la phase d'établissement du couple, on détermine une force de traction (fzug,est) selon la prescription de calcul fzug,est ffw,est + a, 1 (mfzg + c * d) - ensuite, on calcule le couple de sortie d'embrayage estimé (mdk,est) selon la relation md est = fzug,est n dans laquelle (rdyn) est un rayon dynamique de roue et (Pdiff) est l'amplification de couple par la transmission différentielle et (pg) est l'amplification de couple de la boîte de vitesses. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la trajectoire de couple (mdka,ref) est prédéfinie pour obte- nir la puissance motrice (pWan,cons) à la fin du changement de vitesse à un instant (ttarg) 7 ) Procédé selon au moins l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que pour la commande prédictive du moteur, on définit une vitesse d'entrée de boîte de vitesses de référence (nge, ref) selon la prescription de calcul nge,ref = nga 'Utarg. dans laquelle (nga) représente la vitesse de sortie actuelle de la boîte de vitesses et (Utarg) représente une démultipli- cation de la boîte de vitesses après la commutation. 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pour la commande prédictive du moteur, on tient compte du comportement de temps mort pour une demande de couple et le couple (mdm(t)) transmis à l'instant (t), est donné par la relation mdm(t) = mdm,cons(t-Tt), dans laquelle (Tt) représente un temps mort du moteur du vé- hicule. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que pour la commande prédictive du moteur, on tient compte d'une trajectoire de couple (mdka,ref) dans un intervalle de temps (Tpred) (horizon prévisionnel), et on obtient un couple de sortie d'embrayage (mdka(t)) à l'instant (t) en suivant ap- proximativement la trajectoire de couple (mdka,ref) ) Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que pour la commande prédictive du moteur, on définit un compor- tement du moteur dans l'intervalle de temps (Tpred) selon la prescription de calcul 0mÀ codotm(t) = mdmcons (t-) - mdka (t) dans laquelle ( m) représente le moment d'inertie et (odotm(t)) représente la dérivée en fonction du temps de la vitesse angulaire du moteur du véhicule à l'instant (t). 11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on définit la vitesse angulaire (om(t+Tpred)) à l'instant (t+Tpred) selon la prescription de calcul m(t + Tpred) - [mdm,cons(T- t) - mdka,ref (T)] dr t 12 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce qu' la commande prédictive du moteur fournit un régime prévisible (nm,p) à l'instant (t+Tpred), et avec le régime moteur (nm,p) on détermine une courbe corrigée de la trajectoire de régime (nm,ref) de l'instant (t+Tpred) jusqu'à l'instant (ttarg), la trajectoire de régime (nm,ref) ainsi obtenue ayant à l'instant (t+Tpred) un gradient (codotm,ps). ) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu' on définit une grandeur de réglage (mdm,s) du couple du mo- teur du véhicule selon la prescription de calcul. mdm,s = m codOtm,ps + mdka,ref(t + Tpred)