Brevet FR2890414A1 — publié le 20070309

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de régulation d'un moteur à combustion comportant une entrée de consigne recevant un signal de consigne, une entrée réelle recevant un signal réel et une sortie fournissant un signal de sortie, l'installation de régulation se composant d'un premier organe de régulation et d'un second organe de régulation, le second organe de régulation pouvant être commuté par un commutateur en parallèle sur le premier organe de régulation. L'invention concerne également un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à combustion. Etat de la technique Pour réguler la vitesse de rotation (régime) d'un moteur à combustion par les fonctions d'une unité de commande électronique (unité de commande électronique ECU), on utilise fréquemment des structures de régulateur de type proportionnel-intégral (régulateur PI). En cas de réduction brutale des gaz, pour éviter ou pour réduire une sous-oscillation, on utilise en plus un élément de transmission différentiateur. L'expression réduction brusque des gaz signifie que l'on ré-duit brutalement la vitesse de rotation de consigne ou on modifie la grandeur de régulation de l'unité de régulation par exemple en relâchant brusquement la pédale d'accélérateur qui venait d'être enfoncée brutalement. Pour la régulation stationnaire et pour les déviations de régulation importantes, on coupe l'élément de transmission différentiateur. On connaît des modes de réalisation avec un élément de transmis- Sion DT1 (élément de transmission différentiateur avec retard du premier ordre) ainsi qu'une réalisation avec des éléments de transmission DT2 (élément de transmission différentiateur avec retard du second ordre). Pour améliorer le comportement transitoire, on connaît des so-lutions qui appliquent de manière pondérée une intervention de réglage de l'organe de transmission différentiateur suivant la déviation de régulation. En outre dans les solutions connues, on sélectionne l'instant de la mise en oeuvre de l'élément de transmission différentiateur selon le moment d'inertie du chemin de régulation identifié par exemple à l'aide de l'information relative au rapport de vitesse. L'élément de transmission différentiateur est en général conçu de façon que lorsqu'on atteint la vitesse de rotation de consigne, on ait une partie fixe du couple de charge appliqué. En coupant l'élément de transmission différentiateur on reprend son action de ré- gulation dans un autre élément de transmission à accumulation par exemple un intégrateur pour éviter une variation brusque de couple. Difficulté de l'état de la technique En cas de variation importante des couples de charge, les modes de réalisation connus ne permettent pas une conception appropriée de l'élément de transmission différentiateur. Pour de petits couples de charge, la vitesse de rotation de consigne ne sera atteinte que lentement car l'action de régulation de l'élément de transmission différentiateur retarde le rapprochement vers la vitesse de rotation de consigne. Pour des couples de charge très grands, on n'aura pas d'action de régulation suffisamment importante ce qui se traduit alors par une sous-oscillation accentuée de la vitesse de rotation de consigne. But de l'invention La présente invention a pour but de réduire la variance dans le temps de la phase transitoire en cas de réduction brusque des gaz. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une installation de régulation du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'installation de régulation comprend des moyens qui branchent le second organe de régulation en parallèle sur le premier organe de régulation si la différence entre le signal de consigne et le signal réel est inférieure à un dé-calage. Le décalage dépend de préférence du gradient du signal réel. Le décalage concerne de préférence la vitesse de rotation comme décalage de vitesse de rotation. Le signal de consigne est de préférence une vitesse de rotation et le signal réel, la vitesse de rotation réelle. Le décalage de vitesse de rotation dépend alors du gradient de la vitesse de rotation. Plus le gradient de vitesse de rotation est grand (négatif) et plus grand sera le décalage de la vitesse de rotation. Il est prévu de préférence que le premier organe de régulation soit un organe de régulation proportionnel-intégral et/ ou que le second organe de régulation soit un organe de régulation différentiel. L'organe de régulation différentiel peut avoir un retard d'ordre quelcon- que de préférence du premier et du second ordre. A la place d'un régulateur PI comme premier organe de régulation, on peut également utiliser tout autre régulateur. Le commutateur est de préférence ouvert et fermé par une logique de commutation d'un chemin de régulation qui peut déterminer le gradient de vitesse de rotation de la vitesse de rotation réelle et en déduire un décalage de vitesse de rotation. Il est prévu de préférence que le commutateur soit relié à une logique de commutation et qu'une entrée de cette logique reçoive le signal réel et soit relié à la sortie d'un différentiateur dont l'entrée reçoit le signal réel. En cas de retrait brusque des gaz, le couple de charge définit le gradient de la vitesse de rotation. Indépendamment du couple de charge, l'élément de transmission différentiateur nécessite toujours le même temps pour fournir sa grandeur de régulation dans un certain rapport avec le couple charge. L'activation de l'élément de transmission différentiateur doit se faire précisément pour cette période transitoire et la coupure se fait par exemple lorsqu'on atteint la vitesse de rotation de consigne. On dispose d'un degré de liberté pour la durée d'activation de l'élément de transmission différentiateur seulement lors du branche-ment et non de la coupure. Dans le cas d'un gradient de vitesse de rotation, plat, l'intervention est possible à une faible distance de la vitesse de rotation de consigne alors que pour un gradient important, il faut activer l'élément de transmission différentiateur déjà à une distance importante de la vitesse de rotation de consigne. Pour cela, on utilise le gradient de la vitesse de rotation ou le quotient du couple par rapport au moment d'inertie M/J comme condition d'activation de l'élément de transmission différentiateur. Des comparaisons avec des structures fondées sur des modèles montrent que le procédé selon l'invention est plus résistant aux variations du comportement du chemin comme par exemple un moment d'inertie variable J résultant par exemple de l'utilisation d'un rapport de vitesse différent ou d'un poids variable du véhicule. Pour obtenir une durée d'activation aussi égale que possible de l'élément de transmission différentiateur, il faut varier l'instant mis en oeuvre. Comme cette fonction n'est pas causale, l'instant de l'intervention n'étant pas connu, on définit un décalage de vitesse de rotation par rapport à la vitesse de rotation de consigne comme seuil d'intervention. Ce décalage de vitesse de rotation doit être défini selon le gradient dn/dt de la vitesse de rotation réelle pour obtenir les mêmes durées d'activation. Le gradient de la vitesse de rotation dépend du couple de charge M_stat comme suit: dn/dt = M_stat/J. dans cette formule: dn/dt: gradient de vitesse de rotation; dérivée de la vitesse de rotation 15 en fonction du temps, M_stat: couple de charge correspond au couple appliqué à l'état stationnaire, J: moment d'inertie. Entre la sortie du différentiateur et l'entrée de la logique d'intervention, il est prévu de préférence un filtre fonctionnel. Partant du gradient de vitesse de rotation, ce filtre détermine le décalage de vitesse de rotation à l'aide d'une relation fonctionnelle. En outre, de préférence entre la sortie du différentiateur et l'entrée de la logique d'intervention, on a un filtre passe-bas. Celui-ci permet d'éliminer les oscillations haute fréquence du signal de vitesse de rotation et ainsi du gradient de vitesse de rotation. Le problème évoqué ci-dessus est résolu également par un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à corn- bustion selon lequel on régule la vitesse de rotation réelle sur une vitesse de rotation de consigne à l'aide d'une grandeur guide, caractérisé en ce que la grandeur guide est régulée de manière proportionnelle-intégrale à partir de la déviation de vitesse de rotation entre la vitesse de rotation de consigne et la vitesse de rotation réelle, et en plus, on applique une grandeur de sortie de régulation obtenue par différentia- tion à la grandeur guide si la déviation de vitesse de rotation passe en dessous d'une valeur minimale, cette valeur minimale étant obtenue en fonction de gradients de vitesse de rotation de la vitesse de rotation réelle. Selon un développement du procédé, la grandeur de sortie de régulation différentielle, obtenue en plus est prélevée dans un champ de caractéristiques ou obtenue à partir d'une relation fonctionnelle. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans les-quels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de régulation selon l'invention, - la figure 2 montre le comportement transitoire pour différents cou-15 pies de charge, - la figure 3 est un ordinogramme du procédé. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 est un schéma d'un circuit de régulation selon l'invention. La figure montre une boucle de régulation comportant une entrée 3 pour la vitesse de rotation réelle n_réel ainsi qu'une entrée 4 pour la vitesse de rotation de consigne n_cons; ces deux vitesses sont retranchées l'une de l'autre comme l'indique un cercle avec à côté de celui-ci le symbole (-) ; la différence est appliquée à l'entrée d'un élément régulateur proportionnel- intégral PI connu en soi. A la sortie de cet élément régulateur proportionnel-intégral PI, on obtient une grandeur de commande; dans l'exemple de réalisation présenté ici d'une régulation de vitesse de rotation d'un moteur à combustion il s'agit du couple (couple de consigne) M appliqué au vilebrequin. En parallèle à l'organe de régulation proportionnel-intégral PI, on peut utiliser un or- gane de régulation différentiateur avec un retard de premier niveau DT1 qui est branché par un commutateur SL. Les sorties des éléments régulateurs PI et DT1 sont additionnées comme l'indique un cercle muni du symbole (+) pour former la grandeur de commande St; il s'agit ici du couple M à régler sur le vilebrequin et que l'on obtient à la sortie 5. La sortie 5 peut également fournir un couple interne ou une dose à injec- ter. Le commutateur SL est représenté ici comme un commutateur mécanique qui applique soit la sortie de l'organe de régulation DT1 soit un signal zéro à la sortie de régulation. Dans la position de commutation représentée à la figure 1, le commutateur SL applique le signal zéro en plus du signal de l'organe de régulation PI à la sortie; le régulateur fonctionne ainsi globalement comme un régulateur PI. Dans l'autre position de commutation représentée à la figure 1, la sortie de l'organe de régulation DT1 est en plus appliquée à la sortie du régulateur si bien qu'il s'agit alors d'un régulateur fonctionnant globalement comme un régulateur PID. A la place d'un élément régulateur différentiel avec retard du premier ordre DT1, on peut également utiliser ici un élément régulateur différentiateur avec un retard du second ordre ou d'un ordre supérieur ou encore un élément régulateur différentiateur sans retard ou analogue. La position de commutation du commutateur SL est commandée par une logique de combinaison AL comme cela est indiqué par la flèche en trait interrompu allant de la logique de combinaison AL au commutateur SL. L'entrée de la logique de combinaison AL reçoit le premier signal de vitesse de rotation réel n_réel comme cela est indiqué par une flèche continue 1; cette logique reçoit également un signal n_décalage, à travailler qui est généré par les éléments de commutation représentés dans le rectangle en pointillés portant la référence 2. Tout d'abord le différentiateur S transforme le signal réel de vitesse de rotation n_réel en un signal dérivé dans le temps dn/dt et l'applique ensuite à l'entrée d'un filtre passe-bas T. A la sortie du filtre passe-bas T est appliqué un élément fonctionnel F dont la sortie est de nouveau appliquée comme signal de décalage n_décalage à l'une des deux entrées de la logique de combinaison AL. L'élément fonctionnel F contient une fonction ou la copie des gradients de vitesse de rotation dn/dt du décalage de vitesse de ro-tation n_décalage suivant une courbe caractéristique. L'application de l'intervention de régulation différentielle peut en plus être pondérée par exemple par la déviation de régulation ou par la durée d'activation de l'intervention. A la place des couples, on peut également avoir d'autres grandeurs de réglage définissant le couple dans les structures de régu-lation. Par exemple, pour une combustion Diesel maigre ou pour des moteurs à essence travaillant en mode stratifié, on peut utiliser la masse de carburant à injecter; dans le cas d'un procédé de combustion piloté par l'air par exemple un combustion homogène dans un moteur à essence ou un moteur Diesel, on peut également utiliser la masse d'air. A la place d'une courbe caractéristique dans l'élément fonctionnel F pour déterminer le décalage de la vitesse de rotation n_décalage, on peut également utiliser une autre implémentation par exemple avec des polynômes ou un réseau neuronal. L'élément de transmission différentiateur DT1 peut également être un élément de transmission différentiateur avec un retard d'ordre n (n = 0, 1, 2 etc.). A la place de la vitesse de rotation n_réel on peut également utiliser la déviation de régulation (n_réel -n_cons) pour l'appliquer à l'entrée de l'élément de transmission différentiateur DT1. A la place d'un organe de régulation proportionnel-intégral PI, on peut également utiliser n'importe quel autre structure de régulation. La logique de combinaison AL réalise la fonction sui-vante: - en cas de retrait brusque des gaz, l'élément de transmission différentiateur est mis en oeuvre si la vitesse de rotation réelle n réel est inférieure à la somme de la vitesse de rotation de consigne n_cons et de la vitesse de rotation de décalage n_décalage. Si l'on n'est pas dans un cas de retrait brusque des gaz, par exemple en cas d'augmentation continue de la vitesse de rotation, on neutralise l'élément de transmission différentiateur. A l'état stabilité, par exemple lorsqu'on atteint la vitesse de rotation de consigne n_cons, on coupe l'élément de transmission différentiateur. Lors de la mise en marche, on initialise l'élément de transmission différentiateur avec la valeur de réglage O. Lors de la coupure de l'élément de transmission différentiateur, on reprend la valeur de réglage de cet élément de transmission différentiateur dans la mémoire d'un autre élément de transmission qui continue d'être actif par exemple dans l'intégrateur de l'élément de réglage intégrateur différentiel DI. La figure 2 montre le comportement transitoire en fonction du temps. A la fois dans le diagramme du haut et celui du bas, les abscisses représentent le temps; dans le diagramme du haut, les or-données représentent la vitesse de rotation n du moteur à combustion; dans le diagramme du bas, les ordonnées représentent le couple M du moteur à combustion. Le diagramme du haut montre la vitesse de rotation de consigne n_cons comme ligne droite. On a représenté trois courbes de vitesse de rotation différentes en cas de retrait brusque des gaz. Ces courbes de vitesse de rotation portent les références n_1, n_2 et n_3. La courbe n_1 a le plus grand gradient de vitesse de rotation (gradient négatif) ; la courbe n_3 a le gradient de vitesse de rotation plus faible. Les mentions n_offset 1, n_offet2 et n_offset3 désignent les déviations de vitesse de rotation représentées dans le diagramme pour les-quelles on branche l'organe de régulation différentiateur DT1. Si la différence de vitesse de rotation entre n_réel et n_cons est supérieure à la valeur respective n_décalage, alors l'organe de régulation différentiateur DT1 est coupé ; cela correspond à la position du commutateur re-présenté à la figure 1 pour laquelle le signal 0 est appliqué en parallèle à celui de l'élément PI. Comme le montre la figure 2, la valeur n_décalage est dé-finie en fonction du gradient de vitesse de rotation de la vitesse de rotation réelle n_réel; cela correspond aux courbes n_1, n_2 et n_3. Lorsqu'on atteint la vitesse de rotation de consigne n_cons, l'organe de régulation différentiateur DT1 est de nouveau coupé ; la durée d'application est enregistrée sous les référence TA1, TA2 et TA3. Le dia-gramme du bas montre la courbe correspondante du couple à la sortie du commutateur SL avec la partie à la sortie du régulateur fournie par l'organe de régulation différentiel DT1. Comme le montre le tracé des courbes, l'organe de régulation différentiateur DT participe seulement à la régulation si la déviation de vitesse de rotation entre la vitesse de rotation réelle n_réel et la vitesse de rotation de consigne n_cons passent en dessous de la valeur n_décalage. Comme il s'agit d'un organe de régulation différentiateur, la valeur initiale des couples est toujours égale à zéro et elle augmente avec un gradient relativement important jusqu'à une valeur maximale. Dès que la déviation de régulation tend vers zéro, on coupe de nouveau l'organe de régulation différentiateur DT1 et la partie de l'organe de régulation DT1 appliquée à la sortie du commutateur SL retombe brusquement à zéro. La figure 3 montre l'exécution du procédé selon une des- cription très générale. Tout d'abord, dans l'étape 100, on détermine si l'on est dans un cas de retrait brusque des gaz et si on lance le procédé. Dans l'étape 101, on définit le gradient de vitesse de rotation d(n_réel)/dt et dans l'étape 102, on filtre ce signal avec un filtre passe-bas. Dans l'étape 103, on détermine le décalage de vitesse de rotation n_décalage = f (d(n_réel)/dt) par une relation fonctionnelle ou un champ de caractéristiques à partir du gradient de vitesse de rotation filtré. Dans l'étape 104, on vérifie si la différence entre la vitesse de rotation de consigne et la vitesse de rotation réelle (n_cons - n_réel) est inférieure au décalage de vitesse de rotation n_décalage. Si cela n'est pas le cas (cela est indiqué par la lettre N), alors on passe à l'étape 101. Si cela est le cas (réponse J), alors dans l'étape 105, on met le commutateur SL dans la position dans laquelle l'organe de régulation DT1 est branché en parallèle sur l'organe de régulation PI; cette position du commutateur est désignée ici par la référence un . La figure 1 montre la position de commutateur coupé . De façon équivalente au cas du retrait brusque des gaz, le procédé peut également s'utiliser pour se rapprocher dans le sens descendant vers la vitesse de rotation de consigne. Comme application, on a par exemple une régulation de la vitesse de rotation maxi-male. Le commutateur SL est coupé dans l'étape 107 si la vérification dans l'étape 105 montre que la vitesse de rotation de consigne n_cons et la vitesse de rotation réelle n_réel sont au même niveau; dans le cas contraire, on parcourt de nouveau la boucle avec les étapes 106 et 105 et le commutateur SL reste sur le niveau un . REVENDICATIONS 11 Installation de régulation d'un moteur à combustion comportant une entrée de consigne (4) recevant un signal de consigne (n_cons), une entrée réelle (3) recevant un signal réel (n_réel) et une sortie (5) fournissant un signal de sortie (M), l'installation de régulation se composant d'un premier organe de régulation (PI) et d'un second organe de régulation (DT1), le second organe de régulation (DT1) pouvant être commuté par un commutateur (SL) en parallèle sur le premier organe de régulation (PI), caractérisée en ce que l'installation de régulation comprend des moyens qui branchent le second organe de régulation (DT 1) en parallèle sur le premier organe de régulation (PI) si la différence entre le signal de consigne (n_cons) et le signal réel (n_réel) est inférieure à un décalage (n_réel - n_cons 2 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le décalage (n_décalage) dépend du gradient du signal réel (n_réel) . 3 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier organe de régulation est un organe de régulation de type proportionnel-intégral (PI). 4 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second organe de régulation est un organe de régulation différentiel (DT1). 5 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le commutateur est relié à une logique de commutation et une entrée de cette logique reçoit le signal réel et est reliée à la sortie d'un différentia-35 teur dont l'entrée reçoit le signal réel. Il 6 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée par un filtre fonctionnel entre la sortie du différentiateur et l'entrée de la logique de commutation. 7 ) Installation de régulation selon la revendication 1, caractérisée par un filtre passe-bas entre la sortie du différentiateur et l'entrée de la logique de commutation. i0 8 ) Procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à combustion selon lequel on régule la vitesse de rotation réelle (n_réel) sur une vitesse de rotation de consigne (n_cons) à l'aide d'une grandeur guide (M), caractérisé en ce que la grandeur guide est régulée de manière proportionnelle-intégrale à partir de la déviation de vitesse de rotation entre la vitesse de rotation de consigne et la vitesse de rotation réelle (n_cons - n_réel), et en plus, on applique une grandeur de sortie de régulation obtenue par différentiation à la grandeur guide si la déviation de vitesse de rotation passe en dessous d'une valeur minimale, cette valeur minimale étant obtenue en fonction de gradients de vitesse de rotation (d(n_réel)/dt) de la vitesse de rotation réelle (n_réel). 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la grandeur de régulation obtenue en plus par différentiation est prise dans un champ de caractéristiques. 10 ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la grandeur de régulation obtenue par différentiation supplémentaire est prise dans une relation fonctionnelle (A=f(d(n_réel)/dt)).