Brevet FR2844828A1 — publié le 20040326

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régulation de la position d'actionneur d'arbre à cames d'un moteur à combustion interne tel qu'un moteur de véhicule automobile selon lequel: on effectue une régulation de la position d'un arbre à cames par rapport à une position de référence à l'aide d'un actionneur d'arbre à cames en fonction de la position réelle de l'arbre à cames et en fonction de la position de consigne obtenue pour l'arbre à cames, - à partir de la position de consigne et la position réelle on forme un silo gnal d'actionnement pour commander l'actionneur de l'arbre à cames. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion interne notamment ceux de véhicules automobiles, il est connu de régler les arbres à cames par rapport à une position de référence. Pour cela on commande un actionneur 15 d'arbre à cames qui règle la position de rotation de l'arbre à cames par rapport à une position de référence. Pour réguler la position de l'actionneur de l'arbre à cames un appareil de commande reçoit la position de consigne de l'actionneur de l'arbre à cames et des grandeurs mesurées. A partir de la valeur réelle de 20 la position de l'actionneur de l'arbre à cames et de la position de consigne, on forme un signal de régulation. Cette procédure assure la régulation de la position d'un actionneur d'arbre à cames par rapport à une position de référence. La vitesse de régulation et la qualité de la régulation d'une telle opération 25 dépendent du comportement de l'actionneur d'arbre à cames. L'actionneur d'arbre à cames comporte un organe de commutation commandé qui lui est associé et qui est influencé par l'état de fonctionnement de l'actionneur de l'arbre à cames. Pour les actionneurs d'arbre à cames il s'agit souvent d'actionneurs hydrauliques. Le moteur proprement dit de l'actionneur 30 d'arbre à cames est un vérin hydraulique recevant du liquide hydraulique. Pour commander l'arrivée et la sortie du liquide hydraulique dans au moins une chambre de l'actionneur d'arbre à cames, on associe à celui-ci une soupape ou vanne électromagnétique comme organe de commutation. Les vérins hydrauliques (actionneurs hydrauliques) et l'organe de com35 mutation qui le commande sont regroupés sous le concept d'actionneur d'arbre à cames. Ce concept est le cas échéant utilisé également pour désigner le vérin proprement dit. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer la qualité de la régulation d'un actionneur d'arbre à cames. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini cidessus, caractérisé en ce que pour déterminer le signal d'actionnement on tient compte d'une composante de commande préalable déterminée à partir des grandeurs d'état caractérisant le fonctionnement de l'actionneur de l'arbre à cames. Selon l'invention, la régulation de la position de l'arbre à cames est assurée par un actionneur d'arbre à cames notamment dans le cas de moteurs à combustion interne et en particulier ceux des véhicules automobiles en effectuant une commande préalable. Pour cela on effectue une régulation de la position de l'arbre à cames par rapport à une position 15 de référence à l'aide d'un actionneur d'arbre à cames selon la position réelle de l'arbre à cames et en fonction de la position de consigne obtenue pour l'arbre à cames. A partir de la position de consigne et de la position réelle de l'actionneur d'arbre à cames on forme un signal d'actionnement pour commander l'actionneur de l'arbre à cames. Pour déterminer le si20 gnal d'actionnement selon l'invention, on tient compte d'une composante de commande préalable obtenue à partir des grandeurs d'état caractéristiques du fonctionnement de l'actionneur d'arbre à cames. Pour générer le signal d'actionnement qui commande l'actionneur d'arbre à cames, on tient ainsi compte du comportement de l'actionneur d'arbre à cames. Le 25 comportement principal de l'actionneur d'arbre à cames est caractérisé par la vitesse d'actionnement de l'actionneur dans la direction de déplacement qui crée la déviation de régulation. La vitesse de déplacement dans les deux directions possibles (vers la position de référence et en s'écartant de la position de référence) sont non seulement différentes d'un action30 neur de cames à l'autre mais dépendent également des conditions de travail d'un actionneur d'arbre à cames suivant l'état de fonctionnement. Pour cette raison, la prise en compte selon l'invention d'une partie de commande préalable permet une amélioration de la qualité de régulation d'une manière particulièrement simple et économique et une réduction de 35 la durée d'actionnement nécessaire au réglage d'une position de consigne. Un développement de l'invention prévoit de déterminer la partie de commande préalable en s'appuyant sur des grandeurs d'état représentant l'état du liquide hydraulique produisant le mouvement d'actionnement de l'actionneur d'arbre à cames. Comme grandeurs d'état on utilise de préférence l'une des grandeurs telles que la pression, la température du liquide hydraulique. La prise en compte des grandeurs d'état relatives au liquide hydraulique offre un avantage particulier. L'état du 5 liquide hydraulique décrit tout d'abord le comportement propre du liquide. Ce comportement du liquide hydraulique servant de fluide de travail pour l'actionneur a une influence directe sur le comportement de l'actionneur. De plus, le liquide hydraulique et son état physique influencent également le comportement de l'organe de commutation (actionneur) qui commande 10 l'alimentation en liquide hydraulique de la chambre de travail du vérin de l'actionneur d'arbre à cames. Il s'agit en particulier de la pression et de la température du liquide hydraulique car ces deux grandeurs influencent d'une part la viscosité du liquide hydraulique et d'autre part la vitesse de commutation de la soupape d'actionnement. La vitesse de commutation 15 dépend d'une part directement de la viscosité du liquide hydraulique et d'autre part de la température du liquide hydraulique et détermine également la température de travail du moyen de commutation de la soupape d'actionnement par exemple d'un électroaimant et a ainsi une influence sur son temps de réponse. Selon un développement de l'invention, le li20 quide hydraulique peut être l'huile circulant dans le moteur. Pour la commande de l'arbre à cames, on peut dériver l'huile du moteur du côté de refoulement du circuit d'huile en sortie de pompe à huile. La tendance est telle qu'avec l'augmentation de la température du liquide hydraulique, sa viscosité diminue et les durées 25 d'ouverture de soupape pour créer une course d'actionnement de l'actionneur d'arbre à cames diminuent. De même les durées d'ouverture de soupape nécessaires à créer une course d'actionnement de l'actionneur d'arbre à cames augmentent à mesure que la pression du liquide hydraulique augmente. Déterminer la composante de commande préalable à par30 tir des grandeurs d'état constituées par la température de l'huile et/ou la pression d'huile se fait en appliquant soit des courbes caractéristiques soit en modélisant le comportement de l'actionneur et de l'organe de commutation actionné par l'actionneur. Il faut alors adapter la détermination de la composante de commande préalable toujours aux conditions du moteur 35 à combustion interne (par exemple la disposition et le dimensionnement du vérin et des conduites hydrauliques, les propriétés de l'organe de commutation). Selon un développement avantageux de l'invention, la détermination de la partie de commande préalable se fait en utilisant comme grandeur d'état la tension du réseau embarqué. La tension du réseau embarqué est une grandeur d'état déterminante pour le comportement d'un 5 organe de commutation électromagnétique. Plus la tension du réseau embarqué est élevée et plus faible sera le temps de déplacement de l'induit de l'électroaimant entre ces deux positions de fin de course. C'est pourquoi la durée de commutation de l'électrovanne pendant au moins une partie du passage maximum de courant sera faible. A mesure que la tension du ré10 seau augmente, la durée d'alimentation nécessaire à la vanne pour générer un mouvement d'actionnement défini sera faible. Des développements avantageux de l'invention prévoient qu'au moins une partie des grandeurs d'état soit saisie par des capteurs. Une partie des grandeurs d'état peut exister de toute façon comme gran15 deurs mesurées et ne sera transmise que accessoirement à l'installation de commande qui assure la commande préalable. D'autre part il est également possible d'alimenter l'installation de commande en signaux de mesure directement fournis par les capteurs ou des valeurs de signaux de mesure associées. Suivant une variante de réalisation ou complément de réalisation, au moins une partie des grandeurs d'état est déduite d'autres grandeurs notamment mesurées par des capteurs. La détermination des grandeurs d'état se fait de préférence en utilisant un modèle ou des courbes caractéristiques. La détermination avec un modèle est une possibilité 25 pour déterminer les grandeurs d'état à prendre en compte et que l'on ne mesure pas directement mais qui peuvent être déduites de grandeurs préalablement mesurées et s'appuyant sur un modèle. Pour l'exécution de la commande préalable on évite ainsi des capteurs supplémentaires de sorte que cette commande préalable n'entraîne qu'un surcot réduit et 30 pas d'augmentation de pièces. La commande préalable peut s'effectuer notamment dans l'appareil de commande qui assure la régulation de l'actionneur d'arbre à cames. Au cas o le procédé est enregistré dans une mémoire comme programme exécutable par un ordinateur, on exécute ce programme avec un calculateur tel qu'une micro puce dans l'appareil de 35 commande. Si par exemple le liquide hydraulique est de l'huile du moteur on peut dériver ce liquide du côté de refoulement de la pompe à huile et déduire la pression du régime du moteur car la pompe à huile du mo- teur est entraînée directement par la chaîne ou courroie de commande reliée au vilebrequin. Du point de vue qualitatif au faible régime du moteur et de la température d'huile, du fait de la viscosité de l'huile du moteur, on aura une pression amont excessive à l'entrée de l'actionneur de l'arbre à 5 cames. Pour une faible vitesse du moteur et une température d'huile élevée, la pression amont à l'entrée de l'organe de commutation de l'actionneur d'arbre à cames sera plus faible que la valeur effectivement souhaitée du fait des fuites produites pour de faibles viscosités dans le circuit d'huile. De façon correspondante, il faut que la modélisation de la 10 pression d'huile découlant de la vitesse de rotation du moteur comporte une composante appropriée dépendant de la température. Le modèle ou l'adaptation correspondante de la commande préalable à la pression d'huile par rapport à la pression de consigne peut être faite de manière empirique par le spécialiste. La température de l'huile peut également se déduire du fonctionnement du moteur à combustion interne et de la température de l'eau de refroidissement en appliquant un modèle. Si l'on utilise des courbes caractéristiques on peut adapter la modélisation de façon appropriée par une adaptation des courbes caractéristiques à des grandeurs mesu20 rées et servant indirectement de grandeurs d'état. Le développement selon l'invention d'un procédé consiste à déterminer comme composante de commande préalable un signal modifié du signal d'actionnement notamment par une combinaison additive ou multiplicative. Cette procédure permet de lier simplement et de façon qua25 si modulaire la commande préalable à la régulation de la position de l'actionneur d'arbre à cames. La régulation se fait d'une manière déterminée, appropriée et connue en soi. Le signal d'actionnement généré par la régulation n'est pas transmis directement à l'actionneur d'arbre à cames ou à son organe de commutation mais est combiné à la composante de 30 commande préalable. Selon un développement préférentiel de l'invention, le signal de l'actionneur est un signal de découpage pour l'alimentation de l'électroaimant. La durée d'ouverture de l'élément de commutation de la vanne électromagnétique, alimentée de manière découpée est une mesure 35 et ainsi la pression en aval (pour une chambre de travail avec des organes de commutation remplis et en pression) ou en aval (pour des organes de commutation qui évacuent le liquide hydraulique des chambres de travail) de la pression du liquide hydraulique appliquée dans une chambre de tra- vail de l'actionneur et dépend ainsi du rapport de travail du signal de découpage. Le rapport de travail est adapté ainsi en fonction de la composante de commande préalable c'est-à-dire qu'il sera diminué ou augmenté. Le signal de cadence est en général un signal commandant l'amplificateur 5 de puissance qui alimente l'électroaimant en fonction du signal de découpage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins 10 annexés dans lesquels: - la figure i est un schéma par blocs d'une commande amont selon l'invention, - la figure 2 montre la courbe représentant la vitesse de réglage de l'actionneur d'arbre à cames suivant le rapport de travail de la com15 mande. Description d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 montre un schéma par blocs du procédé de l'invention. La régulation se fait dans un calculateur 100 assurant la commande préalable. Le calculateur 100 reçoit une valeur de consigne 20 Pcons ainsi que la valeur réelle Préel de la position de l'actionneur d'arbre à cames. Il reçoit également des signaux représentant la tension électrique du réseau embarqué Ures, la température de l'huile du moteur T_huil et le régime du moteur n. La sous-unité de régulation 101 du calculateur 100 forme 25 la déviation de régulation à partir de la position de consigne Pcons et de la position réelle Préel pour en déduire un signal d'actionnement c'est-àdire le signal de découpage TA pour la commande de découpage de l'amplificateur de puissance alimentant l'électroaimant. Le signal de découpage est par exemple un signal rectangulaire dont le niveau est fixé à 30 l'état logique 1 pour une fraction variable (rapport de travail) d'une période qui se répète. L'état logique " i " correspond à l'alimentation de l'électroaimant; suivant l'association on aura une ouverture de soupape ou une fermeture de soupape de la soupape de commutation associée au vérin de l'actionneur d'arbre à cames. Pour le restant de la période, le si35 gnal de découpage sera à l'état logique " 0 " de sorte qu'à ce moment l'électroaimant ne sera pas actionné et ainsi la soupape commandée par l'électroaimant se trouvera dans son autre position de commutation. Sans effectuer de commande préalable, le signal de découpage TA est appliqué à l'amplificateur de puissance et celui-ci alimente l'électroaimant suivant ce signal. A partir des autres signaux reçus Ures et Thuil et n, 5 l'unité de commande préalable 102 détermine une partie de commande préalable DT. Pour cela, en utilisant un modèle approprié, et partant de la température d'huile du moteur Thuil et du régime du moteur n, on détermine une pression d'huile. A partir de cette valeur de la pression d'huile, on déduit un coefficient de correction KfD qui adapte le compor10 tement de l'actionneur au comportement d'un actionneur travaillant à la pression nominale de l'huile. La détermination du coefficient de correction KfD peut se faire en appliquant une courbe caractéristique d'origine empirique ou encore un modèle de calcul. En même temps on adapte le comportement de l'élément de commutation aux variations de la tension du 15 réseau embarqué Ujres. On effectue par exemple une adaptation linéaire avec un coefficient de correction KfU selon l'équation KffL=U-res/Unom. Dans cette formule U-nom, représente la tension nominale du réseau embarqué (par exemple 13,5V). Les deux coefficients de correction KfUJ et KfD sont du type, liés l'un avec l'autre donnant la composante de commande 20 préalable DT selon la formule suivante DT selon DT=KfU*KfD. La composante de commande préalable DT est appliquée au combinateur 104. Le combinateur 104 modifie le rapport de travail du signal de découpage TA suivant la valeur de la composante de commande préalable. Cela donne le signal d'actionnement TB qui tient compte de la 25 commande préalable. Ce signal d'actionnement TB commande alors l'actionneur d'arbre à cames ou son organe de commutation. La figure 2 montre le diagramme de la vitesse d'actionnement de l'actionneur d'arbre à cames résultant du rapport de travail du signal de découpage servant de signal d'actionnement. Pour un 30 rapport de travail de 50 %, l'actionneur d'arbre à cames conserve sa position; pour un rapport de travail plus petit on a un déplacement dans une direction (par exemple vers la position de référence qui correspond à une butée de fin de course du mouvement) et pour un rapport de travail plus grand on a un déplacement de l'actionneur d'arbre à cames dans l'autre 35 direction. La vitesse de déplacement respective de l'actionneur d'arbre à cames augmente à mesure que la différence augmente jusqu'à un rapport de travail de 50 %. REVENDICATIONS ) Procédé de régulation de la position d'actionneur d'arbre à cames d'un moteur à combustion interne tel qu'un moteur de véhicule automobile selon lequel: - on effectue une régulation de la position d'un arbre à cames par rapport à une position de référence à l'aide d'un actionneur d'arbre à cames en fonction de la position réelle de l'arbre à cames et en fonction de la position de consigne obtenue pour l'arbre à cames, - à partir de la position de consigne et la position réelle on forme un silo gnal d'actionnement pour commander l'actionneur de l'arbre à cames, caractérisé en ce que pour déterminer le signal d'actionnement on tient compte d'une composante de commande préalable déterminée à partir des grandeurs d'état caractérisant le fonctionnement de l'actionneur de l'arbre à cames. 15 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composante préalable se détermine à partir de grandeurs d'état représentant l'état du liquide hydraulique produisant le mouvement 20 d'actionnement de l'actionneur d'arbre à cames. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que comme grandeurs d'état on utilise au moins l'une des grandeurs à savoir 25 la pression et la température du liquide hydraulique. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des grandeurs d'état utilisée pour déterminer la composante préala30 ble est la tension du réseau embarqué. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une partie des grandeurs d'état est détectée par des capteurs. 35 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une partie des grandeurs d'état est déduite à partir d'autres grandeurs mesurées notamment par des capteurs, la détermination des grandeurs d'état se faisant notamment en s'appuyant sur un modèle ou sur des courbes caractéristiques. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme composante de commande préalable on détermine un signal suivant lequel on modifie le signal d'actionnement en particulier par une 10 combinaison additive ou multiplicative. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'actionnement est un signal de découpage pour commander une 15 soupape de commutation électromagnétique ouvrant le chemin de passage du liquide et dont le rapport de travail est modifié par la commande préalable pour l'alimentation assurant l'ouverture de la vanne.