Brevet FR2819903A1 — publié le 20020726

La présente invention concerne une régulation d'électrovanne comprenant: - un étage de puissance de commutation pour commander une électro- vanne par une intensité de courant, - des moyens pour prédéterminer une durée d'ouverture de vanne et - des moyens pour prédéterminer une pression sur la vanne. L'invention concerne également un procédé de régulation d'une électrovanne comprenant les étapes suivantes: - commande de l'électrovanne à l'aide d'un étage de puissance de com- mutation, - prédétermination d'une durée d'ouverture de vanne, - prédétermination d'une pression sur la vanne. Etat de la technique On connaît différents systèmes pour influencer automati- quement les caractéristiques de conduite d'un véhicule automobile. Il s'agit par exemple du système antiblocage (système ABS) ou encore de la régulation antipatinage (système ASR). Dans ces systèmes on règle la pression dans un cylindre de frein de roue par des électrovannes dont les états de commutation sont influencés par une régulation d'électrovanne. Dans le système de freinage d'un véhicule automobile il existe par exemple des vannes de commutation (vannes USV) dans la conduite allant d'une pompe hydraulique à un maître-cylindre de frein et des vannes d'entrée ou d'admission (vannes EV) d'un cylindre de frein de roue appliquant des ré- gulations d'électrovanne. On connaît à la fois des vannes d'admission et des vannes de commutation à fonctionnement linéaire. Cette propriété est de plus en plus utilisée dans les systèmes antiblocage et les systèmes an- tipatinage. Dans le cas de vannes à commande linéaire, la différence de pression sur la vanne dépend essentiellement de manière linéaire de l'intensité du courant électrique dans la vanne En principe on peut régler le courant dans la vanne par les étages de puissance commandant les vannes et qui sont régulés en inten- sité. Toutefois, de tels étages de puissance régulés en intensité sont coû- teux si bien que l'on recherche d'autres solutions. Ainsi, il est déjà connu de commuter le courant avec des étages de puissance de commutation économique. Ces étages de puis- sance de commutation fournissent la tension électrique appliquée à l'électrovanne en modulation à largeur d'impulsion. A l'aide d'une telle modulation à largeur d'impulsion, en utilisant une diode de roue libre branchée en parallèle sur la bobine de l'électrovanne on règle une inten- sité moyenne pour régler ainsi la chute de pression souhaitée par l'électrovanne. Cette diode de roue libre est nécessaire pour permettre le passage du courant lorsque l'étage de puissance est coupé. L'inconvénient de cette diode de roue libre nécessaire est toutefois d'influencer fortement la brève ouverture suivie de la fermeture de l'électrovanne. La raison de cette forte influence est que l'intensité lors de la coupure de la commande de l'électrovanne diminue seulement len- tement par comparaison au montage sans diode de roue libre. Comme le seuil de commutation d'une électrovanne dépend fortement de la chute de pression sur l'électrovanne, l'influence ainsi décrite par la diode de roue libre de l'évolution du courant se traduit par des instants de commutation différents suivant la chute de pression sur l'électrovanne. Cela aboutit à des durées d'ouverture de vanne différentes pour des durées de com- mande de vanne identiques, suivant la chute de pression sur l'électrovanne. Ainsi, il est délicat de réaliser une régulation à modulation de largeur d'impulsion, par exemple une régulation à électrovanne linéari- sée (LMV) ou une régulation à commande continue de pression CPC (" continus pressure control "), en parallèle avec une régulation de niveau d'impulsion dans une unique régulation d'électrovanne, car la diode de roue libre, nécessaire pour la régulation à modulation de largeur d'impulsion, est exactement en contradiction avec les durées d'ouverture réalisables pour l'électrovanne. Toutefois, le cas échéant, il peut être sou- haitable d'utiliser les deux principes de modulation de pression dans un appareil de commande principalement avec pour objectif d'éviter l'utilisation d'étages de puissance commandant les électrovannes et ayant une régulation de courant, coûteuse. Il est par exemple possible de faire fonctionner un système ABS avec une commande de pression continue CPC à modulation de largeur d'impulsion appliquée à la vanne d'entrée. Dans le cas du système ASR, cela n'est pas possible car le système ASR a des exigences plus strictes de précision du réglage des pressions. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet une régulation d'électrovanne du type défi- ni ci-dessus, caractérisée par des moyens pour déterminer une durée de commande de vanne à partir de la durée d'ouverture de vanne prédéter- minée et de la pression prédéterminée sur la vanne. Cela permet d'influencer la variation de la durée d'ouverture de la vanne en fonction de la chute de pression sur la vanne, à savoir en déterminant une durée de commande de vanne " corrigée ". La durée de commande de la vanne tient ainsi compte par exemple de l'évolution de l'intensité du courant dans l'électrovanne en fonction du temps et ainsi de l'influence du point de commutation du fait de la dépendance entre les seuils de commutation et la chute de pression. De manière préférentielle on utilise des moyens pour pré- déterminer une durée d'ouverture de vanne sous la forme d'un modèle hy- draulique inverse. On utilise en général des modèles hydrauliques pour calculer une pression en partant de paramètres d'entrée comme par exemple le courant électrique dans la vanne et une durée d'ouverture de vanne. Un modèle hydraulique inverse permet de calculer la durée d'ouverture nécessaire de la vanne en fonction de la pression sur la vanne. De manière préférentielle, on utilise des moyens pour pré- déterminer une pression sur la vanne sous la forme d'un modèle d'évaluation de pression. Comme la pression sur les vannes ne peut se déterminer directement, les modèles d'évaluation de pression faisant par- tie de régulateurs selon l'état de la technique sont des moyens appropriés pour évaluer la pression nécessaire à déterminer la durée de commande de la vanne. Il est avantageux que les moyens pour déterminer la durée de commande de la vanne utilisent un tableau contenant les valeurs de pression et les valeurs de correction associées. A chaque valeur de pres- sion on peut ainsi associer par exemple une certaine valeur de correction qui transforme la durée d'ouverture prédéterminée de la vanne en une du- rée de commande de la vanne. On peut également envisager d'associer plusieurs valeurs de correction à chaque valeur de pression; on peut par exemple utiliser une valeur de correction pour déterminer l'instant d'ouverture de la vanne et une autre valeur de correction pour l'instant de fermeture de la vanne. Il peut également être avantageux que les moyens pour dé- terminer la durée de commande de la vanne modélisent en fonction du temps l'intensité du courant dans la vanne et la pression d'ouverture de la vanne en fonction de l'intensité. En déterminant les relations fonctionnel- les entre le courant dans la vanne et le temps, ou entre la pression d'ouverture de la vanne et le courant, on peut déterminer les durées de commande nécessaires de la vanne. Les relations fonctionnelles peuvent se déterminer par approximation mathématique ou de manière empirique. On peut par exemple utiliser le fait que l'intensité dans la vanne est une fonction essentiellement exponentielle du temps. Avec de telles relations exponentielles on peut réaliser très simplement des modè- les mathématiques. Il est également avantageux que les moyens pour détermi- ner la durée de commande de la vanne utilisent une fonction d'approximation. Une fonction d'approximation ou fonction approchée permet de déterminer par approximation la durée de commande de la vanne, ce qui est suffisant pour de nombreuses applications. De préférence, en parallèle à l'électrovanne, on a une diode de roue libre, ce qui permet un fonctionnement linéarisé de l'électrovanne ou un fonctionnement à commande continue de pression avec la tension modulée en largeur d'impulsion en parallèle à une régulation de niveau d'impulsion. Dans le cas du fonctionnement à commande continue de pression, on a une modulation continue de la largeur d'impulsion alors que dans le mode linéarisé de l'électrovanne on a une modulation par phase de la largeur des impulsions et pendant les autres périodes, la vanne est bloquée. Comme pour les deux types de fonctionnement il faut une diode de roue libre branchée en parallèle à l'électrovanne, les instants de commutation de l'électrovanne dépendent d'une manière particulière- ment forte de la pression. Les avantages de l'invention pour un tel fonc- tionnement en parallèle d'une régulation de niveau d'impulsion et d'une régulation à modulation de largeur d'impulsion offrent des avantages tout particuliers. Les avantages particuliers de l'invention apparaissent éga- lement dans le cas d'une régulation d'un système antiblocage (régulation ABS), si on applique à la vanne d'entrée du cylindre de frein un mode de commande continue de pression et si pour la régulation antipatinage (ré- gulation ASR) on applique à la vanne d'entrée du cylindre de frein une ré- gulation de niveau d'impulsion. Cela permet d'éviter de façon économique des étages de commande de vannes à régulation de courant. Pour la ré- gulation ABS il est possible d'utiliser comme vanne d'entrée du cylindre de frein, le mode de fonctionnement à commande continue de pression avec modulation de largeur d'impulsion. Ce mode de fonctionnement n'est pas possible pour le système ASR si l'on veut éviter des étages de commande de puissance régulés en intensité pour les vannes d'entrée. La présente invention concerne également un procédé du type défini cidessus, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on détermine une durée de commande de vanne à partir de la durée d'ouverture prédé- terminée de la vanne et de la pression prédéterminée sur la vanne. Cela permet d'influencer la variation de la durée d'ouverture de l'électrovanne en fonction de la chute de pression sur l'électrovanne, à savoir en déterminant une durée de commande de vanne " corrigée N. La durée de commande de la vanne tient ainsi compte par exemple de la forme du courant dans la vanne en fonction du temps et ainsi de l0 l'influence de l'instant de commutation du fait de la dépendance des seuils de commutation par rapport à la différence de pression. On prédétermine de préférence la durée d'ouverture de la vanne à l'aide d'un modèle hydraulique inverse. Un modèle hydraulique inverse permet de calculer la durée d'ouverture nécessaire de la vanne en fonction de la pression sur la vanne. On prédétermine avantageusement la pression sur la vanne par un modèle d'évaluation de pression. Comme la pression sur les van- nes ne peut se déterminer directement, on utilise des modèles d'évaluation de pression faisant partie des régulateurs de l'état de la technique et com- portant des moyens appropriés pour évaluer la pression nécessaire pour déterminer ensuite la durée de commande de la vanne. Il peut être intéressant de déterminer une durée de com- mande de la vanne à l'aide d'un tableau contenant les valeurs de pression et les valeurs de correction associées. A chaque valeur de correction on peut par exemple associer une certaine valeur de correction qui trans- forme la durée d'ouverture prédéterminée de la vanne en une durée de commande de la vanne. Il peut également être utile, lorsqu'on détermine une durée de commande de la vanne, de modéliser la relation entre l'intensité dans l'électrovanne et le temps, ainsi qu'entre la pression d'ouverture de la vanne et le courant. En déterminant les relations fonctionnelles entre l'intensité dans la vanne et le temps, ou entre la pression d'ouverture de la vanne et l'intensité, on peut déterminer les durées de commande nécessai- res de la vanne. Les relations fonctionnelles peuvent se déterminer par approximation mathématique ou de façon empirique. Pour la modélisation, il est particulièrement utile que l'intensité dans la vanne soit liée au temps par une relation exponentielle. De telles fonctions exponentielles peuvent se transformer simplement en modèles mathématiques. Il peut également être intéressant de déterminer la durée de commande de la vanne par une fonction d'approximation. Par une fonc- tion d'approximation ou une fonction approchée, on peut déterminer par approximation la durée de commande de la vanne ce qui est suffisant pour de nombreuses applications. La présente invention est particulièrement avantageuse si en parallèle à l'électrovanne il est prévu une diode de roue libre permet- 1o tant un fonctionnement linéaire d'électrovanne ou un fonctionnement à commande continue en pression, avec une tension modulée en largeur d'impulsion en parallèle à une régulation de niveau d'impulsion. Dans le cas du mode de fonctionnement à commande continue de pression on a une modulation continue de largeur d'impulsion, alors qu'en mode linéari- se on a une modulation de largeur d'impulsion par phase, et pendant le temps restant la vanne est fermée. Comme pour les deux modes de fonc- tionnement il faut une diode de roue libre branchée en parallèle sur l'électrovanne, les instants de commutation d'électrovanne dépendent particulièrement fortement de la pression. C'est pourquoi dans un tel mode de fonctionnement en parallèle entre une régulation de niveau d'impulsion et une régulation à modulation de largeur d'impulsion l'invention développe d'une manière tout particulière ces avantages. Ces avantages se développent également d'une manière tout particulière du fait que pour une régulation dans un système antiblocage (régulation ABS) la vanne d'entrée du cylindre de frein fonctionne en commande continue de pression, et pour la régulation antipatinage (régu- lation ASR) la vanne d'entrée du cylindre de frein est commandée par une régulation de niveau d'impulsion. Cela permet de façon économique de supprimer l'étage de puissance à régulation de courant. Pour la régulation ABS il est possible d'utiliser le mode de commande continue en pression avec modulation de largeur d'impulsion appliquée à la vanne d'entrée du cylindre de frein. Cela n'est pas possible dans le système ASR si les van- nes d'entrée ne doivent pas utiliser d'étage de puissance régulé en cou- rant. La présente invention repose sur la considération remar- quable que lorsqu'un étage de puissance a commuté, la durée de com- mande de la vanne peut être déterminée même pour des seuils d'ouverture de vanne dépendant fortement de la pression. Cela a des avantages parti- culiers du point de vue de la combinaison d'une régulation à modulation de largeur d'impulsion avec une régulation de niveau d'impulsion, car pour une régulation modulée en largeur d'impulsion il faut une diode de roue libre branchée en parallèle sur la bobine de l'électrovanne qui con- duit à une forte influence sur l'évolution de l'intensité dans le temps. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes de réalisation préférentiels représentés dans les dessins dans lesquels: - la figure 1 montre une courbe de tension et une courbe de courant pour une modulation de largeur d'impulsion, - la figure 2 montre une courbe de tension et une courbe d'intensité et son influence sur le comportement de la vanne, - la figure 3 montre une courbe de tension et une courbe de courant se- lon la figure 2 pour la description des modèles mathématiques possi- bles, - la figure 4 montre un schéma de la régulation d'électrovannes selon l'invention. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre qualitativement la tension U et l'intensité I en fonction du temps t comme cela se produit par exemple dans des systèmes à modulation de largeur d'impulsion. Du fait de la tension U, pulsée, il s'établit un courant moyen (intensité moyenne) dont l'amplitude peut être influencée par la largeur des impulsions de tension. Pour que lorsque l'étage de puissance est coupé, un courant puisse néanmoins pas- ser, on prévoit une diode de roue libre en parallèle à la bobine de l'électrovanne. La figure 2 montre les conséquences de l'existence d'une telle diode de roue libre, à savoir la dépendance de l'intensité I, accentuée, en fonction du temps. La double flèche tast représente la durée de com- mande de l'électrovanne. Suivant les rapports de pression de part et d'autre de l'électrovanne, cette durée de commande taznt peut aboutir à des durées d'ouverture différentes to. Cela provient du fait qu'aux pressions élevées il faut un courant plus intense pour commuter l'électrovanne qu'aux pressions faibles. Par exemple, l'électrovanne commute plus tardi- vement une pression PH qu'à une pression pL dans le sens de l'ouverture. Inversement, l'électrovanne se ferme plus tôt à la pression pH qu'à une pression pL plus faible. Dans ces conditions, la durée d'ouverture to pour une pression élevée PH est beaucoup plus courte que la durée d'ouverture to pour une pression faible pL. La figure 3 montre une vue analogue à celle de la figure 2 pour décrire des modèles mathématiques. Pour calculer la durée de com- mande de vannes tanst il faut tout d'abord déterminer la dépendance du seuil d'intensité San pour lequel la vanne s'ouvre en fonction de la pression appliquée à la vanne. De plus, il faut déterminer le seuil d'intensité Sab à partir duquel la vanne se ferme de nouveau, en fonction de la pression. Selon une bonne approximation, ces seuils dépendent de la pression selon une fonction pratiquement linéaire. Toutefois, on peut déterminer de ma- nière empirique de tels seuils de courant par des essais sur des modèles. La relation entre le seuil de courant san et le temps à partir duquel la vanne s'ouvre est donnée approximativement par la fonction exponentielle suivante San = l-exp(-can. tan) Le paramètre can est déterminé dans une très large mesure par l'inductance et la résistance de la bobine de la vanne. Ce paramètre se détermine dans le cas le plus simple par des essais empiriques sur des modèles. En transformant l'équation on obtient l'équation suivante: tan = - (1/can) À ln(l-san) Comme pour San, la relation entre sab et tab est donnée par une fonction exponentielle: Sab = exp(- Cab À tab) Le paramètre cab est égal à can dans les conditions idéales. Du fait des rapports électriques différents on peut avoir des déviations. Par transformation on obtient la formule suivante: tab = - (l/Cab) À ln(sab) Le temps pendant lequel la vanne est ouverte résulte de la relation suivante: to = tanst - tan + taus Ainsi on peut déterminer le temps de commande de la vanne de la manière suivante: tanst = to + tan taus Pour des vannes commandées de manière inverse, c'est-à- dire pour lesquelles on produit l'impulsion de pression par coupure de la tension, par exemple pour les vannes d'admission (EV) ou les vannes de commutation (USV) il faut inverser les équations donnant San et sab. Comme les calculs du logarithme naturel sont compliqués dans la commande, il est recommandé de prendre une approximation des relations décrites dans l'appareil de commande par une fonction appro- chée; on peut également enregistrer ces relations dans un tableau ou dans un champ de caractéristiques dans lequel on aura la différence tan - taus en fonction de la pression. Ce champ de caractéristiques ou ce tableau peuvent également se déterminer directement de manière empirique de sorte qu'il n'est plus nécessaire de déterminer de manière séparée les dif- férents paramètres can, cab, San et sab en fonction de la pression. La figure 4 montre une construction schématique d'une ré- gulation d'électrovanne. Une électrovanne 10 est commandée pendant la durée tanst. Pour cela, un régulateur 12 prédéfinit une durée d'ouverture to. A partir de ces durées d'ouverture de vanne on détermine la pression p sur la vanne à l'aide d'un modèle d'évaluation de pression 14. A partir de la durée d'ouverture to et de la pression p on détermine précisément cette durée de commande de vanne tanst à l'aide des moyens 16 servant à dé- terminer la durée de commande de vanne. La description précédente des exemples de réalisation selon la présente invention n'est donnée qu'à titre d'illustration et ne limite en aucune manière l'invention. Différentes variantes et modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention et de ces équivalents. REVEND I CATIONS 1 ) Régulation d'électrovanne comprenant: - un étage de puissance de commutation pour commander une électro- vanne (10) par une intensité de courant, - des moyens (12) pour prédéterminer une durée d'ouverture de vanne et - des moyens (14) pour prédéterminer une pression sur la vanne (10), caractérisée par des moyens (16) pour déterminer une durée de commande de vanne à partir de la durée d'ouverture de vanne prédéterminée et de la pression prédéterminée sur la vanne (10). 2 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (12) pour prédéterminer une durée d'ouverture de vanne utili- sent un modèle hydraulique inverse. 3 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (14) pour prédéterminer une pression sur la vanne utilisent un modèle d'évaluation de pression. 4 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (16) pour déterminer une durée de commande de vanne utili- sent un tableau contenant les valeurs de pression et les valeurs de cor- rection correspondantes. ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (16) pour déterminer une durée de commande de vanne modé- lisent l'intensité dans la vanne en fonction du temps et la pression d'ouverture de la vanne en fonction de l'intensité. 6 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'intensité dans la vanne correspond à une fonction essentiellement expo- nentielle du temps. 7 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour déterminer la durée de commande de la vanne utilisent une fonction d'approximation. 8 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' en parallèle à l'électrovanne, une diode de roue libre est branchée pour avoir un fonctionnement linéarisé d'électrovanne, ou un fonctionnement à 1o commande continue de pression avec une tension à largeur d'impulsion modulée, en parallèle à une régulation de niveau d'impulsions. 9 ) Régulation d'électrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que - pour une régulation d'un système antiblocage (régulation ABS) la vanne d'entrée dans le cylindre de frein fonctionne en commande con- tinue de pression, et - pour une régulation antipatinage (régulation ASR) on effectue une ré- gulation de niveau d'impulsions de la vanne d'entrée du cylindre de frein. ) Procédé de régulation d'une électrovanne comprenant les étapes sui- vantes: - commande de l'électrovanne à l'aide d'un étage de puissance de com- mutation, - prédétermination d'une durée d'ouverture de vanne, prédétermination d'une pression sur la vanne, caractérisé en ce qu' on détermine une durée de commande de vanne à partir de la durée d'ouverture prédéterminée de la vanne et de la pression prédéterminée sur la vanne. 1 10) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on prédétermine une durée d'ouverture de vanne à l'aide d'un modèle hy- draulique inverse. 12 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on prédétermine la pression sur la vanne par un modèle d'évaluation de pression. 13 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on détermine une durée de commande de vanne à l'aide d'un tableau qui contient les valeurs de pression et les valeurs de correction associées. I0 14 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que pour déterminer une durée de commande de vanne on modélise l'intensité dans la vanne en fonction du temps et la pression d'ouverture de la vanne en fonction de l'intensité. ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'intensité dans la vanne correspond à une fonction essentiellement expo- nentielle du temps. 16 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on détermine la durée de commande de la vanne par une fonction d'approximation. 17 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on branche une diode de roue libre en parallèle à l'électrovanne pour pou- voir appliquer un mode de fonctionnement linéarisé de l'électrovanne ou un mode de commande continue de pression avec une tension à largeur d'impulsion modulée en parallèle à une régulation de niveau d'impulsion. 18 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que - pour une régulation d'un système antiblocage (régulation ABS) on fait fonctionner la vanne d'entrée du cylindre de frein en mode de com- mande continue de pression, et pour une régulation antipatinage (régulation ASR) on effectue une ré- gulation de niveau d'impulsion de l'électrovanne d'entrée du cylindre de frein.