Brevet FR2819551A1 — publié le 20020719

La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur électrique d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique Ce type de moteurs suralimentés est par exemple utilisé dans les véhicules automobiles. Un turbocompresseur comprend de manière classique une turbine de compression (ci-après dénommée compresseur) montée pour pivoter dans une tubulure d'admission du moteur thermique et reliée par un arbre à une turbine montée pour pivoter dans une tubulure d'échappement du moteur thermique, de telle manière que les gaz d'échappement mettent en rotation la turbine entraînant ainsi le compresseur. Toutefois, dans certaines conditions de fonctionnement du moteur thermique, la détente des gaz d'échappement est insuffisante pour entraîner l'ensemble turbocompresseur. En outre, un turbocompresseur de ce type présente un temps de réponse relativement important d'autant plus sensible que de brusques montées en régime sont imposées au moteur thermique. Pour améliorer le temps de réponse du turbocompresseur et faciliter sa mise en fonctionnement, notamment à faible charge, il est connu d'associer au turbocompresseur un moteur électrique couplé à l'arbre du turbocompresseur afin de délivrer un couple additionnel à celui fourni par la détente des gaz d'échappement dans la turbine. Le moteur électrique est commandé en intensité au moyen d'une boucle d'asservissement en fonction d'une différence entre une pression de suralimentation requise déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur thermique et une pression de suralimentation mesurée dans la tubulure d'admission du moteur thermique en aval du compresseur. L'intensité de commande du moteur est donc calculée à partir de la différence entre la pression de suralimentation requise et la pression de suralimentation mesurée, de sorte que la commande du moteur électrique est réalisée par des ajustements successifs de l'intensité de commande au fur et à mesure que la différence entre la pression de suralimentation mesurée et la pression de suralimentation requise diminue. Dans ce procédé, il existe un risque que le moteur entraîne le turbocompresseur à des régimes qui sortent de la plage de fonctionnement performant de ce dernier. Il peut alors se produire des phénomènes de pompage (c'est-à-dire des claquements), ou des problèmes de tenue mécanique. De plus, il est nécessaire d'effectuer les mesures de pression de suralimentation à une fréquence similaire à celle de la fréquence de la boucle d'asservissement, c'est-à-dire selon une fréquence assez élevée de l'ordre de 1 kHz, alors que la dynamique de variation de la pression de suralimentation a une fréquence très inférieure, de l'ordre de 1 Hz. Par ailleurs, si le capteur de pression est défectueux, il n'est plus possible de commander le moteur électrique d'assistance. Un but de l'invention est de fournir un moyen simple pour obtenir une réponse rapide du turbocompresseur tout en maintenant un fonctionnement optimal de celui-ci et en limitant le flux d'informations utilisées pour commander le moteur d'assistance. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de commande d'un moteur électrique d'assistance à un turbocompresseur de moteur thermique, le turbocompresseur fonctionnant selon un modèle prédéterminé mettant en relation au moins un régime de rotation et une pression de suralimentation, le procédé comprenant les étapes de : - déterminer une consigne de régime de rotation du moteur électrique en fonction d'une pression de suralimentation requise, à partir d'un modèle de détermination correspondant à une inversion du modèle de fonctionnement du turbocompresseur, - commander une alimentation du moteur électrique en fonction de la consigne de régime. Ainsi, le moteur est commandé directement pour atteindre un régime de rotation qui correspond à la pression de suralimentation requise et qui appartient à la plage de fonctionnement déterminée par le modèle du turbocompresseur. Ceci permet notamment d'obtenir un fonctionnement performant et une réponse relativement rapide du turbocompresseur. Selon une première caractéristique particulière, le procédé comprend l'étape de corriger la consigne de régime en fonction d'une différence entre la pression de suralimentation requise et une pression de suralimentation mesurée. Ainsi, l'écart entre la pression de suralimentation mesurée et la pression de suralimentation requise est pris en compte pour corriger la consigne de régime. La précision et le temps de réponse du turbocompresseur sont de la sorte encore améliorés. De plus, la boucle de régulation en pression formée de la sorte peut être découplée du moteur électrique et fonctionner à une fréquence plus basse correspondant à la dynamique de variation de la pression. En outre, en cas de défaillance du capteur utilisé pour mesurer la pression de suralimentation, le moteur électrique peut encore être commandé en fonction de la consigne de régime de sorte que l'assistance au turbocompresseur continue d'être assurée. Selon une deuxième caractéristique particulière, le procédé comprend l'étape de corriger la consigne de régime en fonction d'une différence entre la consigne de régime et un régime de rotation mesuré du moteur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur thermique turbocompressé, - la figure 2 est un bloc diagramme de la chaîne de commande du moteur électrique d'assistance au turbocompresseur. L'invention est ici décrite en relation avec un moteur thermique turbocompressé de véhicule automobile. En référence à la figure 1, le moteur thermique turbocompressé, généralement désigné en 1, comprend de façon connue en elle-même un bloc moteur 2 auquel sont reliés un collecteur d'admission 3 et un collecteur d'échappement 4. Un papillon d'admission 5 est monté dans le collecteur d'admission 3 pour pivoter de manière à régler le débit de mélange gazeux circulant dans le collecteur d'admission vers le bloc moteur 4. Le papillon d'admission 5 est associé à un moteur électrique non représenté commandé de façon connue par un calculateur en fonction d'une demande de couple issue par exemple de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur du véhicule par le conducteur. Le moteur thermique comprend également un turbocompresseur généralement désigné en 6 qui comporte de façon connue en elle-même un compresseur 7 monté pour pivoter dans le collecteur d'admission 3 et relié par un arbre 8 à une turbine 9 montée pour pivoter dans le collecteur d'échappement 4. De manière classique, les gaz d'échappement qui se détendent dans le collecteur d'échappement 4 entraînent la turbine 9 en rotation. Ce mouvement de rotation est transmis par l'arbre 8 au compresseur 7 qui comprime le mélange gazeux d'admission. Le turbocompresseur 6 fonctionne selon un modèle déterminé qui met en relation un taux de compression du compresseur égal au rapport d'une pression de suralimentation fournie par le compresseur et d'une pression en amont du compresseur (en général la pression atmosphérique), un débit de suralimentation fourni par le compresseur et un régime de rotation du turbocompresseur. Un moteur électrique 10 d'assistance est raccordé à l'arbre 8 pour entraîner celui-ci en rotation afin de fournir un couple additionnel s'ajoutant à celui fourni par les gaz d'échappement. Le moteur thermique est associé à une unité de contrôle 11 qui gère le fonctionnement du moteur et assure notamment la gestion de l'injection et la commande du turbocompresseur 6 à partir de paramètres du moteur thermique et des ordres donnés par le conducteur. L'unité de contrôle 11 comprend un calculateur associé à une mémoire et relié à des capteurs tels que des capteurs de température non représentés, un capteur 12 de la pression dans le collecteur d'admission en aval du compresseur 7 et du papillon d'admission 5, et un capteur de la position du papillon d'admission 5. L'unité de contrôle 11 commande le moteur électrique 10 à partir de l'action exercée par le conducteur sur la pédale d'accélérateur et du point de fonctionnement du moteur thermique, ou de toute autre demande de couple. L'unité de contrôle 11 détermine une pression et un débit de mélange gazeux nécessaires pour alimenter le bloc moteur 2 à partir d'une cartographie mémorisée dans l'unité de contrôle 11. L'unité de contrôle 11 calcule alors une pression de suralimentation requise P en effectuant une inversion de la dynamique d'admission, c'est-à-dire qu'à partir du débit de mélange gazeux nécessaire pour alimenter le bloc moteur 2 (ou pompé par le moteur thermique), on calcule la pression de suralimentation P requise pour obtenir un tel débit en tenant compte des pertes de charge occasionnées dans la tubulure d'admission lors de la circulation du mélange gazeux. Ceci revient en simplifiant à calculer la pression de suralimentation requise P en ajoutant à la pression de mélange gazeux nécessaire pour alimenter le bloc moteur 2 des pertes de charge qui dépendent notamment du débit de mélange gazeux au travers du papillon d'admission 5 (le papillon d'admission 5 étant ici en aval du compresseur 7) et qui sont mémorisées dans l'unité de contrôle 11. L'unité de contrôle Il calcule également un débit de suralimentation requis D à partir du débit de mélange gazeux requis pour alimenter le bloc moteur 2 en tenant compte de la dynamique de l'admission au moyen d'un filtre à avance de phase. L'unité de contrôle détermine ensuite une consigne de régime N du moteur électrique à partir d'un modèle de détermination 13 en fonction de la pression de suralimentation requise P et du débit de suralimentation requis D. Le modèle de détermination 13 est mémorisé dans l'unité de contrôle 11 et correspond à une inversion du modèle de fonctionnement du turbocompresseur 6. La consigne de régime N est ensuite corrigée par un module de correction 14 en fonction d'une différence entre la pression de suralimentation requise P et la pression P'mesurée par le capteur 12 qui est transformée dans le module de correction 14 en une différence de régime. Le module de correction 14 fournit ainsi une consigne de régime corrigée Nl. La consigne de régime corrigée N, est introduite dans un module de correction 15 pour être corrigée en fonction d'une différence entre la consigne de régime N, et le régime moteur réel N3 mesuré par exemple par des capteurs à effet Hall. Le module de correction 15 fournit ainsi une consigne de régime corrigée N2. La consigne de régime corrigée N2 est introduite dans un module de transformation 16 en intensité i destinée à alimenter le moteur électrique 10. De préférence, il est également réalisé une correction de l'intensité i en fonction d'une différence entre l'intensité i et l'intensité réellement fournie au moteur électrique au moyen d'un module de correction non représenté. Ceci permet notamment de s'assurer que l'intensité fournie au moteur électrique n'est pas trop élevée. Le moteur électrique 10 entraîne alors le turbocompresseur 6 à un régime N3 et le compresseur 7 fournit la pression Pl. Le procédé de commande conforme à l'invention permet ainsi de réaliser une boucle d'asservissement en pression, en fonction de la pression mesurée P', au moyen du module de correction 14 et une boucle d'asservissement en régime en fonction du régime de rotation mesuré N3 au moyen du module de correction 15 (et éventuellement du module de correction de l'intensité). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre avec une seule boucle d'asservissement ou sans boucle d'asservissement. En outre, le procédé conforme à l'invention est utilisable avec tout type de moteur suralimenté. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur électrique (10) d'assistance à un turbocompresseur (6) de moteur thermique (1), le turbocompresseur fonctionnant selon un modèle prédéterminé mettant en relation au moins un régime de rotation et une pression de suralimentation, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de : - déterminer une consigne de régime de rotation (N) du moteur électrique (10) en fonction d'une pression de suralimentation requise (P), à partir d'un modèle de détermination (13) correspondant à une inversion du modèle de fonctionnement du turbocompresseur, - commander une alimentation du moteur électrique en fonction de la consigne de régime. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de corriger la consigne de régime (N) en fonction d'une différence entre la pression de suralimentation requise (P) et une pression de suralimentation mesurée (Pl). 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de corriger la consigne de régime (NI) en fonction d'une différence entre la consigne de régime (Ni) et un régime de rotation mesuré (NJ du moteur électrique (10). 4. Procédé de commande selon la revendication 3 prise en dépendance de la revendication 2, caractérisé en ce que la correction en fonction d'une différence entre la consigne de régime (NJ et le régime mesuré (N3) est réalisée après la correction en fonction de la différence entre la pression de suralimentation requise (P) et la pression de suralimentation mesurée (Pl). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression de suralimentation requise (P) est calculée à partir d'une pression requise dans un collecteur d'admission du moteur thermique et de pertes de charge dépendant d'un débit requis dans le collecteur d'admission. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le modèle de fonctionnement du turbocompresseur mettant en relation un débit de suralimentation avec le régime de rotation et la pression de suralimentation, un débit de suralimentation requis (D) et la pression de suralimentation requise (P) sont pris en compte pour déterminer la consigne de régime de rotation (N) du moteur électrique (10) à partir du modèle correspondant à l'inversion du modèle de fonctionnement du turbocompresseur. 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le débit de suralimentation requis (D) est calculé à partir d'un débit pompé par le moteur thermique déterminé en fonction d'une demande de couple et d'un point de fonctionnement du moteur thermique.