Brevet FR2857915A1 — publié le 20050128

La présente invention concerne un dispositif pour piloter le glissement d'un embrayage monté entre un moteur et une boîte de vitesses automatisée. Dans un moteur thermique, les explosions font se déplacer les pistons qui entraînent l'arbre moteur. Entre deux explosions, les pistons ne transmettent pas d'énergie à l'arbre, ce qui génère des irrégularités dans sa 10 rotation. Pour y remédier, on fixe à l'arbre moteur un volant d'inertie élevée, qui emmagasine de l'énergie lors de la phase motrice du cycle, et la restitue lors des autres phases. Malgré cela, il subsiste des acyclismes de couple moteur qui, transmis au reste de la chaîne de transmission, sont à l'origine de 15 phénomènes acoustiques et vibratoires perçus par le conducteur et les passagers du véhicule (ou amplifient d'autres phénomènes acoustiques et vibratoires dont ils ne sont pas directement la cause, comme par exemple le bruit de boîte). Ces acyclismes du moteur peuvent être filtrés en contrôlant le 20 glissement de l'embrayage, c'est-à-dire la différence existant entre le régime de l'arbre moteur (en entrée de l'embrayage) et le régime primaire de la boîte de vitesses (en sortie de l'embrayage). En effet, un embrayage glissant transmet un couple dépendant, au premier ordre, du glissement et de la pression appliquée aux surfaces de 25 friction de l'embrayage, et ne transmet donc pas les acyclismes du couple moteur. Il faut toutefois considérer les effets néfastes du glissement de l'embrayage: la dissipation d'énergie accélère l'usure des surfaces de friction de l'embrayage et entraîne une surconsommation de carburant. Le contrôle de 30 l'embrayage doit donc se faire sur la base d'une consigne de glissement permettant d'assurer un compromis acceptable entre la filtration des acyclismes du moteur et l'énergie dissipée. Les solutions connues consistent à contrôler la pression de serrage de l'embrayage afin de maintenir le glissement à la valeur voulue. Le contrôle de 35 l'actionneur d'embrayage peut être réalisé en boucle ouverte (cf. brevet US 5,403,250), en boucle fermée (cf. brevet US 5,439,428), ou grâce à un système combinant ces deux types de contrôle simultanément (cf. brevet US 5,322,150) ou alternativement (cf. brevet FR 2,812,589). Les régulateurs en boucle fermée sont généralement des régulateurs de type PID (ou équivalent) qui calculent une consigne de pression ou de 5 position de l'actionneur d'embrayage à partir de l'erreur existant entre la consigne de glissement et le glissement mesuré. Les régulateurs en boucle ouverte utilisent généralement des cartographies pour calculer la consigne destinée à l'actionneur d'embrayage en fonction du point de fonctionnement défini par des grandeurs mesurées. Afin de bénéficier à la fois de la rapidité de réponse de la boucle ouverte et de la précision de régulation de la boucle fermée, certaines solutions associent les deux méthodes, la boucle ouverte étant généralement destinée à augmenter la dynamique du régulateur en réponse aux variations brutales du couple moteur. Quelle que soit la méthode employée, le point critique du pilotage du glissement correspond aux fortes variations de charge. Une variation de la position de la pédale d'accélérateur (qui traduit une modification de la demande de couple du conducteur), entraîne une variation du couple moteur et donc une évolution du régime moteur. Lorsque cette évolution (croissante 20 ou décroissante) du régime moteur est rapide et de forte amplitude, la dynamique du régulateur doit être suffisante pour maintenir un glissement non nul et éviter une envolée du régime moteur. Les régulateurs basés uniquement sur le contrôle de l'embrayage peuvent avoir une dynamique trop lente pour suivre la dynamique du moteur et 25 assurer le maintien de la vitesse de glissement à sa consigne lors de ces phases transitoires caractérisées par de fortes variations du couple moteur. Un système de pilotage du glissement d'un embrayage peut être utilisé par tout véhicule équipé d'une transmission automatisée à un ou plusieurs embrayage(s) sec(s) ou humide(s) d'entrée de boîte de vitesses, le couple 30 moteur pouvant provenir d'un moteur essence, diesel, GPL, d'une machine électrique, ou d'une combinaison de ces types de moteur. Selon la présente invention, il est proposé d'assurer le pilotage du glissement en contrôlant à la fois l'embrayage et le moteur. L'objectif du régulateur est de fournir en sortie du groupe motopropulseur le couple 35 demandé par le conducteur tout en maintenant le glissement. On utilise un seul régulateur multivariable pour piloter le couple moteur et le couple transmis par l'embrayage, au lieu de deux régulateurs indépendants destinés l'un à la commande du moteur, et l'autre à la commande de l'embrayage. Ainsi, suivant l'invention, le dispositif pour piloter le glissement d'un embrayage monté entre un moteur et une boîte de vitesses automatisée est 5 caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur multivariable agencé pour piloter simultanément le couple moteur et le couple transmis par l'embrayage, ce régulateur étant apte à détecter les variations de couple moteur et à modifier le glissement de l'embrayage en fonction desdites variations. Selon une version préférée de l'invention, le régulateur comprend les 10 trois blocs principaux suivants: - un bloc de reconstruction de l'état, adapté pour calculer une estimation de tous les états du système à commander (moteur, embrayage, boîte de vitesses et transmission) à partir des grandeurs mesurées par des capteurs intégrés au groupe moto-propulseur, - un bloc de génération des consignes qui établit les consignes de couple transmis et de régime moteur permettant de respecter les informations fournies par le conducteur, tout en assurant la filtration des acyclismes du moteur, - un bloc de calcul des signaux de commande qui génère, sur la base 20 de l'état reconstruit et des consignes, les commandes de couple moteur et de couple transmis à appliquer au système. La solution proposée nécessite que le calculateur hébergeant la fonction logicielle puisse prendre la main sur le contrôle moteur en découplant 25 la demande conducteur de la consigne de couple que réalise le moteur. Le fait de contrôler à la fois le moteur et l'embrayage permet de moduler la commande de couple moteur de façon à ce que les variations de couple moteur aient une dynamique permettant au régulateur d'assurer le contrôle du glissement de l'embrayage. On évite ainsi les problèmes de dynamique rencontrés lors du contrôle de l'embrayage seul, au prix d'une légère dégradation du suivi de la demande de couple du conducteur. Un paramètre de réglage du régulateur permet d'arbitrer le compromis entre un bon suivi de la consigne de couple moteur (le régulateur génère dans ce cas des commandes visant principalement un bon 35 suivi de la demande de couple du conducteur), et un bon suivi de la consigne de glissement (le régulateur génère dans ce cas des commandes visant principalement un bon suivi de la consigne de glissement, pour assurer une bonne prestation en terme de confort acoustique et vibratoire). Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les capteurs sont adaptés pour mesurer le régime du moteur et le régime à la sortie de la boîte de vitesses, - les informations du conducteur sont fournies par le conducteur par l'intermédiaire de la pédale d'accélérateur, la pédale de frein et le levier de vitesses, - le bloc de génération des consignes établit la consigne de couple 10 transmis à partir de la demande de couple exprimée par le conducteur via la pédale d'accélérateur et à partir des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction, - le bloc de génération des consignes établit la consigne de glissement à partir de la demande couple exprimée par le conducteur via la 15 pédale d'accélérateur, de la pression exercée sur la pédale de frein, du rapport de vitesses engagé et des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction, - le bloc de génération des consignes établit la consigne de régime moteur à partir de la consigne de glissement et des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction, - le bloc de reconstruction est programmé à partir d'un modèle du groupe moto-propulseur, de la transmission et des capteurs utilisés et sur un modèle prédicateur des consignes, - les grandeurs calculées par le bloc de reconstruction sont estimées à partir desdits modèles, des grandeurs mesurées, des consignes envoyées 25 au régulateur et des commandes appliquées au système à contrôler. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 montre le schéma général de la boucle de régulation du 30 dispositif selon l'invention, - la figure 2 montre le schéma du bloc de génération de consignes. Comme montré par la figure 1, le régulateur 1 du dispositif selon l'invention est composé des trois blocs principaux suivants: - un bloc de reconstruction de l'état 2 qui calcule une estimation de tous les états du système à commander (moteur, embrayage, boîte de vitesses et transmission) à partir des grandeurs mesurées par des capteurs intégrés au système, - un bloc de génération des consignes 3 qui établit les consignes de couple transmis et de régime moteur permettant de respecter la volonté du conducteur, tout en assurant la filtration des acyclismes du moteur, - un bloc de calcul des signaux de commande (4) qui génère, sur la base de l'état reconstruit et des consignes, les commandes de couple moteur et de couple transmis à appliquer au système. La solution proposée par l'invention est un régulateur multivariable permettant de piloter le glissement de l'embrayage et de suivre la demande de couple du conducteur en adressant au groupe motopropulseur 5 des commandes de couple moteur et de couple transmis par l'embrayage. Ce régulateur utilise des mesures obtenues par des capteurs intégrés 15 au groupe moto-propulseur. Dans la réalisation préférentielle, on mesure deux grandeurs: le régime moteur et le régime de sortie de boîte de vitesses. Le reconstructeur d'état 2 est utilisé pour estimer, notamment à partir des grandeurs mesurées, les grandeurs nécessaires au régulateur. Ces grandeurs reconstruites sont des régimes et des couples intervenant en différents points 20 du groupe motopropulseur 5 ou de la chaîne de transmission. Les commandes appliquées au groupe motopropulseur 5 (commande de couple moteur et de couple transmis) sont calculées à partir des grandeurs reconstruites et des consignes de couple transmis et de régime moteur calculées par le bloc de génération des consignes 3 dont le schéma est 25 représenté sur la figure 2. Ces consignes de couple transmis 6 et de régime moteur 7 sont calculées de façon à ce que la demande de couple du conducteur soit respectée, et que le glissement soit maintenu à sa consigne. Les consignes sont générées à partir des informations envoyées par le conducteur (via la 30 pédale d'accélérateur, la pédale de frein, et le levier de vitesse) et de l'état reconstruit. La consigne de couple transmis 6 correspond à la demande de couple du conducteur, modulée suivant le point de fonctionnement (donné par les grandeurs reconstruites). La consigne de régime moteur 7 est calculée à partir de l'estimation du régime d'entrée de la boîte de vitesses et de la consigne de glissement 8, de façon à maintenir le glissement de l'embrayage à sa consigne. La consigne de glissement 8 utilisée peut être constante, ou peut être calculée par un sous-module du bloc de génération des consignes 3, en fonction du point de fonctionnement (donné par les grandeurs reconstruites) et des ordres du conducteur. La consigne de glissement est déterminée de façon 5 à assurer la filtration des acyclismes quels que soient les ordres du conducteur et le point de fonctionnement. Le reconstructeur d'état 2 est basé sur un modèle du groupe motopropulseur 5 (modèle du moteur, de l'embrayage, de la boîte de vitesses), de la transmission, et des capteurs utilisés, et sur un modèle prédicteur des 10 consignes (de couple transmis et de régime moteur) et des perturbations (couples résistants). Les grandeurs reconstruites sont estimées à partir de ces modèles, des grandeurs mesurées, des consignes envoyées au régulateur, et des commandes appliquées au système à contrôler. Dans la réalisation préférentielle, le reconstructeur est un filtre de Kalman par optimisation H2. Les grandeurs reconstruites comprennent des régimes et des couples intervenant en différents points du groupe moto-propulseur et de la chaîne de transmission: régime moteur, régime d'entrée de boîte de vitesses, régime en entrée du différentiel, couple moteur, couple transmis, couple à la roue, etc. Parmi les grandeurs reconstruites figurent également les perturbations et les 20 consignes, ainsi que leurs dérivées. Le bloc de calcul des commandes 4 reçoit les consignes de couple transmis et de régime moteur ainsi que les grandeurs reconstruites, et génère les commandes de couple moteur et de couple transmis à appliquer au groupe moto-propulseur 5. Ces commandes sont obtenues en multipliant les entrées 25 du régulateur par un gain matriciel, calculé, dans la réalisation préférentielle, selon la théorie de la commande linéaire quadratique. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour piloter le glissement d'un embrayage monté entre un moteur et une boîte de vitesses automatisée, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur multivariable (1) agencé pour piloter simultanément le couple moteur et le couple transmis par l'embrayage, ce régulateur (1) étant apte à détecter les 5 variations de couple moteur et à modifier le glissement de l'embrayage en fonction desdites variations. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur (1) comprend les trois blocs principaux suivants: - un bloc de reconstruction de l'état (2) adapté pour calculer une estimation de tous les états du système à commander (moteur, embrayage, boîte de vitesses et transmission) à partir des grandeurs mesurées par des capteurs intégrés au groupe moto-propulseur (5), - un bloc de génération des consignes (3) qui établit les consignes de 15 couple transmis et de régime moteur permettant de respecter les informations fournies par le conducteur, tout en assurant la filtration des acyclismes du moteur, - un bloc de calcul des signaux de commande (4) qui génère, sur la base de l'état reconstruit et des consignes, les commandes de couple moteur et de couple transmis à appliquer au système. 20 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs sont adaptés pour mesurer le régime du moteur et le régime à la sortie de la boîte de vitesses. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les informations du conducteur sont fournies par le conducteur par l'intermédiaire de la pédale d'accélérateur, la pédale de frein et le levier de vitesses. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le 30 bloc de génération des consignes (3) établit la consigne de couple transmis à partir de la demande de couple exprimée par le conducteur via la pédale d'accélérateur et à partir des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction (2). 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le bloc de génération des consignes (3) établit la consigne de glissement à partir de la demande couple exprimée par le conducteur via la pédale d'accélérateur, de la pression exercée sur la pédale de frein, du rapport de vitesses engagé et des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction (2). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bloc de génération des consignes (3) établit la consigne de régime moteur à partir de la consigne de glissement et des grandeurs calculées par le bloc de reconstruction 10 (2). 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le bloc de reconstruction (2) est programmé à partir d'un modèle du groupe motopropulseur, de la transmission et des capteurs utilisés et sur un modèle 15 prédicateur des consignes. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les grandeurs calculées par le bloc de reconstruction (2) sont estimées à partir desdits modèles, des grandeurs mesurées, des consignes envoyées au régulateur et des 20 commandes appliquées au système à contrôler. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le bloc de reconstruction (2) est un filtre de Kalman par optimisation H2. 11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les commandes de couple moteur et de couple transmis générées par le bloc de calcul des commandes (4) sont obtenues en multipliant les entrées du régulateur par un gain matriciel, calculé selon la théorie de la commande linéaire quadratique.