Brevet FR2875545A1 — publié le 20060324

PROCEDE POUR CORRIGER LES A-COUPS ENGENDRES LORS DE LA TRANSMISSION DU COUPLE D'UN MOTEUR VERS LES ROUES D'UN VEHICULE La présente invention concerne un procédé pour corriger les à- coups engendrés lors de la transmission du couple d'un moteur vers les roues d'un véhicule. Ces à-coups sont générés à la suite d'un enfoncement brutal de la pédale d'accélérateur. Dans ce cas, le moteur transmet aux roues, par l'intermédiaire de la boîte de vitesse, du ou des arbres de transmission et du différentiel, une variation importante de couple, qui se traduit par des oscillations de l'accélération longitudinale du véhicule. Ces oscillations sont dues aux jeux de transmission et raideurs mécaniques et en particulier des forces de torsion s'appliquant aux éléments rotatifs de la ligne de transmission. Les à-coups ainsi générés nuisent au confort des utilisateurs du véhicule. Un procédé pour corriger de tels à-coups a été décrit dans le brevet français 2766872. Ce procédé coopère avec le système électronique de contrôle du moteur qui détermine suivant les conditions de fonctionnement du moteur, les valeurs des paramètres de commande du moteur. Dans ce procédé, au moins un paramètre de commande est corrigé en réponse aux oscillations du couple moteur. Selon ce procédé, on calcule la valeur dudit paramètre de commande directement en fonction de la position de la pédale d'accélérateur et on détermine la correction à appliquer audit paramètre de commande par filtrage du régime de rotation de l'arbre moteur. Le but de la présente invention est d'apporter des améliorations au procédé de correction précité en vue d'obtenir une correction plus efficace des à-coups, sans affecter les performances du véhicule. L'invention vise ainsi un procédé pour corriger les à-coups engendrés lors de la transmission du couple d'un moteur vers les roues d'un véhicule, le fonctionnement du moteur étant commandé par un système de gestion électronique coopérant avec une pédale d'accélérateur qui permet au conducteur du véhicule d'envoyer au système de gestion des consignes de couple. 2875545 2 Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que: les consignes de couple sont filtrées par un filtre de consigne qui applique sur ladite consigne un retard de phase et un gain, la vitesse du moteur détectée par un capteur est filtrée par un second filtre disposé en boucle fermée par rapport au filtre de consigne et adapté pour corriger les consignes de couple filtrées par ce filtre de consigne, au moyen d'un filtre passe-haut, d'une avance de phase et d'un gain. Le premier filtre a une action préventive qui a pour effet d'adoucir une 10 demande de couple trop brutale ou trop importante. Le second filtre a une action corrective qui poursuit l'action du premier filtre en amortissant les oscillations du système. Selon une version préférée du procédé, les consignes de couple sont filtrées par le filtre de consigne selon la relation suivante: s/w2+1 15 F(s) = Gons. dans laquelle Gco S représente le gain sur la consigne et s / W2 + 1 le retard s/wc+1 de phase, dans laquelle s est la variable de Laplace, w2 et ww sont des fréquences de coupure qui dépendent, comme le gain Gons, de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule et du rapport de transmission. De préférence également, le second filtre corrige les consignes de couple filtrées par le filtre de consigne selon la relation suivante: K(s) = Go. s Gav s / wi + 1 s+wc s/awi+1 dans laquelle Go et Ga représentent chacun un gain, s est un filtre s+wc passe-haut, s / wI + 1 l'avance de phase, s est la variable de Laplace, w1 est une s/aw+1 fréquence qui dépend, comme les gains Go et Gay, de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule et du rapport de transmission. S/Wc+l Les différents paramètres de la relation F(s) ou K(s) sont déterminés par calcul en fonction des caractéristiques de chaque véhicule. 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 est un schéma d'ensemble illustrant le procédé selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme illustrant l'amplitude et la fréquence dominante d'un à-coup de transmission, en l'absence de correction, la figure 3 est un autre diagramme, illustrant la dynamique de la fonction de transfert, en l'absence de correction, la figure 4 est un tableau montrant les résultats du calcul des paramètres dans le cas d'un exemple, la figure 5 est un diagramme analogue à celui présenté à la partie 15 supérieure de la figure 3, obtenu avant et après les corrections appliquées selon le procédé de l'invention, la figure 6 est un diagramme analogue à celui présenté sur la figure 2, obtenu avant et après les corrections appliquées selon le procédé de l'invention. Le schéma de la figure 1 illustre le procédé selon l'invention pour corriger les à-coups engendrés lors de la transmission du couple d'un moteur 1 vers les roues 2 d'un véhicule. Le fonctionnement du moteur 1 est commandé par un système de gestion électronique 3 coopérant avec une pédale d'accélérateur 4 qui permet au conducteur du véhicule d'envoyer au système de gestion des consignes de couple. Lors d'une demande de couple et en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur 4, le système de gestion électronique 3 modifie le point de fonctionnement du moteur de façon à augmenter le couple exercé par celui-ci. Ce couple est transmis à l'embrayage 5, à la boîte de vitesse 6, à l'arbre de transmission 7, à un différentiel (non représenté) puis aux roues 2 du véhicule, ce qui permet au véhicule d'accélérer. Les jeux mécaniques existant entre les différentes parties de la chaîne de transmission et la raideur globale, symbolisée par un ressort 8, à l'égard des efforts de torsion notamment de l'arbre de transmission, engendrent des oscillations, c'est-à-dire des à-coups. Ces oscillations peuvent être détectées par un capteur 9 qui mesure la vitesse de rotation du moteur 1. Les diagrammes des figures 2 et 3 montrent les phénomènes vibratoires obtenus lorsque aucune correction n'est appliquée pour atténuer les oscillations précitées. Le diagramme de la figure 2 montre l'évolution de la fonction de transfert de l'accélération du véhicule en fonction du couple demandé, l'amplitude A (en dB) étant en ordonnées et la fréquence F (en Hz) en abscisses. La courbe présente des pics P1, P2, P3, P4, P5 correspondant respectivement à ceux obtenus dans le premier, deuxième, troisième, quatrième, cinquième rapport de vitesse. Ces pics P1, P2, P3, P4, P5 mettent en évidence la fréquence de résonance, appelée pôle, des oscillations obtenue lors de la transmission du couple. Les diagrammes de la figure 3 montrent l'évolution dynamique de la fonction de transfert de la vitesse du moteur en fonction du couple demandé. Sur le diagramme du haut de la figure 3, l'amplitude A (en dB) est en ordonnées, tandis que sur le diagramme du bas la phase *p (en degrés) est en ordonnées. La pulsation F (en rad/sec) est en abscisses. Le diagramme de Bode du haut met en évidence des pôles dominants dont la position varie en fonction du rapport de vitesses et des zéros qui sont toujours décalés par rapport aux pôles, leur fréquence étant inférieure à celle des pôles. Pour corriger les phénomènes vibratoires ci-dessus, c'est-à-dire les atténuer ou les supprimer, conformément à l'invention: les consignes de couple sont filtrées par un filtre de consigne 10 qui applique sur la consigne un retard de phase et un gain, la vitesse du moteur détectée par le capteur 9 est filtrée par un second filtre 11 disposé en boucle fermée par rapport au filtre de consigne 10 et adapté pour corriger les consignes de couple filtrées par ce filtre de consigne, au moyen d'un filtre passe-haut, d'une avance de phase et d'un gain. Les corrections sont effectuées au moyen d'un sommateur 12. Autrement dit, le filtre de consigne 10 adoucit le couple demandé par le conducteur et le filtre 11 amortit les oscillations de vitesse détectées par le capteur 9. Plus précisément, les consignes de couple sont filtrées par le filtre de 5 consigne selon la relation suivante: F(s) = Gcons. s/Wc+l dans laquelle G. représente le gain sur la consigne et s / wz + 1 le retard s/wc+1 de phase, dans laquelle s est la variable de Laplace, w2 et wc sont des fréquences de coupure qui dépendent, comme le gain de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule et du rapport de transmission. Le second filtre corrige les consignes de couple filtrées par le filtre de consigne selon la relation suivante: K(s) = Go. s.Gav. s / titra + 1 s+ wc s/aw+1 dans laquelle Go et Ga représentent chacun un gain, s est un filtre s+wc passe-haut, s / wi + 1 l'avance de phase, s est la variable de Laplace, w1 est une slawi+1 fréquence qui dépend, comme les gains Go et Gai), de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule et du rapport de transmission. Les différents paramètres des relations F(s) ou K(s) précités sont déterminés par calcul en fonction des caractéristiques de chaque véhicule. Les filtres 10, 11, le système de gestion 3 et le sommateur 12 font partie d'un calculateur 13 représenté en traits interrompus sur la figure 1. On va maintenant expliquer la méthode pour calculer les paramètres des relations F(s) et K(s) mentionnées ci-dessus concernant le filtre de consigne 10 et le filtre correcteur 11. Cette méthode comprend les six étapes suivantes. 1 éfe étape: réduction de modèle pour faire apparaître uniquement le 1 ef mode, c'est-à-dire la dynamique dominante de la fonction de transfert du système. s/w2+1 La fonction de transfert du système réduit ainsi obtenue met en évidence une dynamique intégrale et une dynamique du 2nd ordre à laquelle on va justement s'intéresser pour le déroulement des étapes suivantes. La relation obtenue s'écrit: 2 1 + + 2 RégimeMoteur _ G 1 wz s wzZ s CoupleMoteur s 1 + Zen s + 1 s2 2 Wn w Dans cette relation, G représente un gain, un terme d'amortissement, s la variable de Laplace, wZ la fréquence du zéro et w la fréquence du pôle. 2ème étape: détermination du gain de retour Go utilisé pour amortir le mode de la fonction de transfert. A partir de la fonction de transfert du 2nd ordre obtenue précédemment, on déduit par identification la formule analytique de la fréquence w du mode souple, en fonction des paramètres du modèle. C'est en effet à cette fréquence qu'il faudra obtenir un amortissement maximum en boucle fermée. Sur le modèle réduit de la l ère étape, on réalise un retour de vitesse moteur par le gain Go et on établit la fonction de transfert équivalente en boucle fermée. Puis on en extrait la formule analytique du terme d'amortissement du 2"d ordre de cette boucle fermée, fonction de Go. On en déduit alors la formule de Go pour cet amortissement choisi à la valeur de 1/ fi et pour la fréquence du mode w,,. Sème étape: détermination de la fréquence de coupure w du passe-haut. On veut que le retour de vitesse soit effectif dans la bande de fréquence correspondant au mode et pas avant, pour ne pas impacter la réponse du système aux basses fréquences, afin notamment que la volonté du conducteur soit bien respectée. C'est pourquoi on filtre le retour de vitesse par un passe-haut. En repartant du modèle réduit de la lèfe étape, on reboucle par le gain Go et le filtre passe-haut. Cela augmente de 1 l'ordre du modèle de boucle fermée. On procède alors à un développement en série de Taylor de ce modèle pour s tendant vers 0, faisant apparaître la dynamique dominante (du deuxième ordre) de la boucle fermée. On en déduit la formule de w permettant d'obtenir un avec wZ 4ème étape: détermination des caractéristiques de l'avance de phase: gain Gay, fréquence w1 et facteur a. On veut compenser le déphasage occasionné par le moteur (retard pur et 1er ordre) au voisinage du point critique (gain unité de la boucle ouverte tenant compte du gain Go et du filtre passe-haut précédents), pour éviter de déstabiliser le système en boucle fermée. C'est pourquoi on ajoute une avance de phase dans le filtre de correction. - On choisit un déphasage de 50 (maximum acceptable) qui permet de déduire la valeur du facteur a. w, est calculé de telle sorte que (I.wt) corresponde à la fréquence du gain unité de la boucle ouverte, afin de caler l'avance de phase maximum sur le point critique. Ga est calculé de telle sorte que le gain de l'avance de phase à la fréquence du mode souple w soit égal à 1, de façon à ne pas dérégler l'amortissement du mode calculé dans la 2ème étape. 5ème étape: détermination du gain G.s du filtre. On veut assurer un iso-comportement du système sans correction et avec 20 correction complète (retour et filtre) aux basses fréquences. On écrit l'équivalence aux basses fréquences, des fonctions de transfert régime moteur/couple conducteur du système bouclé et multiplié par le gain G. du filtre, ainsi que non corrigé. L'égalité entre ces deux fonctions de transfert permet de déterminer le gain Gons à ajouter en amont du système bouclé, permettant de retrouver un comportement basses fréquences identique à celui du système initial. 6ème étape: détermination de la fréquence w2 utilisée pour régler le comportement dynamique du système corrigé en terme de dépassement. La dynamique dominante du système corrigé par la boucle de réaction est amortie à comme vu dans la 3ème étape. On adjoint au gain Gco S précédent le filtre préventif complet. Pour que le comportement dynamique du système corrigé global corresponde à des objectifs de brio et de dépassement pour le véhicule, on détermine la pulsation w2 de la manière suivante: Recherche de la fréquence de résonance (celle qui annule la dérivée du module), Evaluation du gain du système corrigé à cette fréquence, Détermination de la fréquence w2 pour que le gain précédent soit égal au coefficient de surtension, choisi aux alentours de 0,5 dB, afin d'obtenir pour le véhicule un bon compromis brio/dépassement. Les tableaux représentés sur la figure 4 montrent à titre d'exemple, les valeurs des paramètres Go, a, Gav, Gcons, wc, w1, w2 qui ont été calculés selon la méthode expliquée plus haut, pour les cinq rapports de vitesse. Les diagrammes des figures 5 et 6 montrent en trait interrompu les courbes obtenues après application du procédé de correction selon l'invention. On voit sur la figure 5 que le pôle a été amorti et sur la figure 6 que le pic de fréquence de 15 résonance n'existe plus. REVENDICATIONS 1. Procédé pour corriger les à-coups engendrés lors de la transmission du couple d'un moteur (1) vers les roues (2) d'un véhicule, le fonctionnement du moteur (1) étant commandé par un système de gestion électronique (3) coopérant avec une pédale d'accélérateur (4) qui permet au conducteur du véhicule d'envoyer au système de gestion (3) des consignes de couple, caractérisé en ce que: les consignes de couple sont filtrées par un filtre de consigne (10) qui applique sur ladite consigne un retard de phase et un gain, la vitesse du moteur détectée par un capteur (9) est filtrée par un second filtre (11) disposé en boucle fermée par rapport au filtre de consigne (10) et adapté pour corriger les consignes de couple filtrées par ce filtre de consigne, au moyen d'un filtre passe-haut, d'une avance de phase et d'un gain. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les consignes de couple sont filtrées par le filtre de consigne (10) selon la relation suivante: s/W2+1 s/wc +1 dans laquelle Go s représente le gain sur la consigne et s / w2 + 1 le retard de s/wc+1 phase, dans laquelle s est la variable de Laplace, w2 et wc sont des fréquences de coupure qui dépendent, comme le gain Gons, de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule, et du rapport de transmission. 3. Procédé selon l'une des revendications fou 2, caractérisé en ce que le second filtre (11) corrige les consignes de couple filtrées par le filtre de consigne (10) selon la relation suivante: K(s) = Go. s Gav s / wi + 1 s+wc s/ am +1 F(s) = Gons. 2875545 10 dans laquelle Go et Ga représentent chacun un gain, s est un filtre s+w: passe-haut, s/ wl +1 l'avance de phase, s est la variable de Laplace, w1 est une s/awl +1 fréquence qui dépend, comme les gains Go et Gay, de la masse du véhicule, de l'inertie et de la raideur des parties en mouvement de la ligne de transmission du véhicule, du rayon des roues du véhicule, et du rapport de transmission. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les différents paramètres des relations F(s) et K(s) sont déterminés par calcul en fonction des caractéristiques de chaque véhicule.