Brevet FR2891586A1 — publié le 20070406

La présente invention concerne un système de commande d'accélération, un dispositif et un procédé de compensation de vibrations longitudinales, et un support d'enregistrement pour ce procédé. Les systèmes selon l'invention peuvent être notamment utilisées dans des véhicules automobiles à moteur dans lesquels le moteur est équipé d'un arbre d'entraînement mécaniquement accouplé à des roues motrices du véhicule par l'intermédiaire d'une chaîne de transmission. 2] Les vibrations longitudinales d'un véhicule automobile sont celles qui se produisent dans la direction de déplacement du véhicule automobile lorsque celui-ci accélère ou décélère, par exemple. Des systèmes existant permettant la compensation de ces vibrations comportent un module d'élaboration d'une consigne optimale de couple pour l'arbre du moteur en fonction d'une commande d'accélération ou de décélération et un dispositif de compensation des vibrations longitudinales du véhicule automobile comportant une unité d'établissement d'un terme correctif de la consigne optimale et un correcteur propre à corriger la consigne optimale en fonction du terme correctif pour obtenir une consigne corrigée de couple pour l'arbre du moteur, cette consigne corrigée étant propre à réduire les vibrations longitudinales du véhicule automobile. De plus ces systèmes comportent un contrôleur apte à commander le moteur en fonction de la consigne corrigée pour réduire l'écart entre le couple de l'arbre du moteur et cette consigne corrigée. 3] Un tel système est, par exemple, connu du brevet N EP 0 702 138 B1. De tels systèmes 2 0 sont satisfaisants. Toutefois, le dispositif de compensation de vibrations longitudinales comporte au moins un coefficient (désigné par le symbole dans le brevet cité ci-dessus) dont la valeur est fonction de la masse du véhicule. La masse du véhicule peut varier de façon assez importante de sorte que le réglage de la valeur de ce coefficient s'avère difficile. 4] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un système de commande de l'accélération longitudinale d'un véhicule équipé d'un dispositif de compensation des vibrations longitudinales dont le réglage des coefficients est plus facile. L'accélération longitudinale est parallèle à la direction de déplacement du véhicule automobile. 5] L'invention a donc pour objet un tel système dans lequel l'unité d'établissement est apte à établir le terme correctif uniquement en fonction d'une estimation du couple résistant exercé par la chaîne de transmission sur l'arbre du moteur. 6] Le couple résistant et son estimation sont indépendants de la masse du véhicule automobile. Dès lors, la masse du véhicule automobile n'intervient plus sur le choix de la valeur des coefficients mis en oeuvre dans le dispositif ci-dessus, ce qui rend plus facile le réglage des valeurs de ces coefficients. 7] L'invention a également pour objet le dispositif de compensation des vibrations longitudinales mis en oeuvre dans le système ci-dessus. 8] Les modes de réalisation de ce dispositif peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - un prédicteur apte à prédire la valeur d'une grandeur physique à partir de laquelle le couple résistant peut être estimé avec une avance temporelle égale au retard r, et un estimateur apte à établir l'estimation du couple résistant avec une avance temporelle égale au retard r à partir de la grandeur physique prédite par le prédicteur; - le prédicteur est un prédicteur de Smith; - un capteur de régime de l'arbre du moteur, et un estimateur apte à établir l'estimation du couple résistant uniquement à partir du régime de l'arbre du moteur mesuré par ce capteur; - l'unité d'établissement comporte au moins un filtre passe bande pour tenir compte dans l'établissement du terme correctif uniquement des composantes de fréquence de l'estimation du couple résistant comprises entre 1 et 2Hz. 9] Ces modes de réalisation du dispositif présentent en outre les avantages suivants: 2 0 - L'utilisation d'un prédicteur permet de compenser les vibrations longitudinales avant même que celles-ci puissent être mesurées et améliore donc la compensation de ces vibrations; - Un prédicteur de Smith améliore les performances du dispositif ci-dessus; L'utilisation du seul régime moteur pour établir l'estimation du couple résistant réduit les coûts du dispositif puisque seul un capteur du régime de l'arbre du moteur est alors 2 5 nécessaire; et - L'utilisation d'un filtre passe bande améliore les performances du dispositif ci-dessus. ; [0010] L'invention a également pour objet un procédé de compensation des vibrations longitudinales d'un véhicule automobile à moteur à l'aide du dispositif ci-dessus, ce procédé comportant: - Une étape d'établissement d'un terme correctif de la consigne optimale uniquement en fonction d'une estimation du couple résistant exercé par la chaîne de transmission sur l'arbre du moteur, et - Une étape de correction de la consigne optimale en fonction du terme correctif pour obtenir une consigne corrigée du couple pour l'arbre du moteur, cette consigne corrigée étant propre à réduire les vibrations longitudinales du véhicule automobile. 1] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - une étape de prédiction de la valeur d'une grandeur physique à partir de laquelle le couple résistant peut être estimé avec une avance temporelle égale au retard r, et une étape d'estimation pour établir l'estimation du couple résistant avec une avance temporelle égale au retard r à partir de la grandeur physique prédite lors de l'étape de prédiction; - une étape de mesure du régime moteur, et une étape d'estimation du couple résistant uniquement à partir du régime moteur mesuré. 2] L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur et un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'exécution du procédé ci-dessus de compensation des vibrations longitudinales, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique. 3] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée 2 0 uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule automobile équipé d'un dispositif de compensation des vibrations longitudinales; - la figure 2 est une illustration schématique d'un régulateur mis en oeuvre dans le dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une illustration schématique d'un compensateur utilisé dans le régulateur de la figure 2; et - la figure 4 est un organigramme d'un procédé de compensation des vibrations longitudinales d'un véhicule automobile à moteur. 4] La figure 1 représente un véhicule automobile 2, tel que, par exemple, une voiture. Le véhicule 2 comprend un moteur 4 de propulsion du véhicule 2 équipé d'un arbre d'entraînement 6. L'arbre 6 est également connu sous le terme d' arbre moteur . Le moteur 4 est, par exemple, un moteur thermique à combustion. 5] L'arbre 6 est mécaniquement accouplé par l'intermédiaire d'une chaîne 8 de transmission de couple, à des roues motrices 9 du véhicule 2, de manière à entraîner en rotation ces roues 9. La chaîne de traction 8 comprend, par exemple, un mécanisme 10 d'embrayage et une boîte de vitesses 12. Le mécanisme 10 est mécaniquement accouplé d'un côté à un arbre primaire 14 de la boîte de vitesses 12 et de l'autre côté à l'arbre 6. 6] Le véhicule 2 comporte également un système 16 de commande de son accélération longitudinale. Ce système 16 comprend un contrôleur rapproché 18 apte à commander le moteur 4 en fonction d'une consigne de couple Ccor pour l'arbre 6. Le contrôleur 18 induit un retard r entre l'instant où est reçue la consigne Ccor et l'instant où le couple de l'arbre 6 atteint cette consigne Ccor. 7] Le système 16 comprend également une pédale 20 d'accélération actionnable par un conducteur. La position yd de cette pédale 20 est mesurée par un capteur 22 et transmise à une entrée d'un calculateur électronique 24. Le calculateur 24 est raccordé à des moyens de stockage d'informations telle qu'une mémoire 26. Le calculateur 24 est également raccordé à un capteur 28 de régime moteur. Le régime moteur est ici défini comme étant le nombre de tours par minute effectué par l'arbre 6. Le capteur 28 est raccordé à l'arbre 6 par l'intermédiaire d'ondes magnétiques, ou optiques, ou autres, de manière à mesurer le régime moteur con . [0018] Le calculateur 24 est apte à calculer la consigne Ccor, à partir de la position yd, du régime moteur COm et de données enregistrées dans la mémoire 26. Plus précisément, le calculateur 24 est équipé d'un module 30 d'élaboration d'une consigne optimale Copt de couple pour l'arbre 6 en fonction de la position yd et des données enregistrées dans la mémoire 26. Ces données sont, par exemple, une cartographie donnant la valeur de la consigne Copt en fonction de la position Yd. 9] Le calculateur 24 comprend également un régulateur 32 et un module 34 2 5 d'approximation du retard r. Le régulateur 32 est apte à corriger la consigne Copt, de manière à obtenir la consigne Ccor permettant de réduire, voire de supprimer les vibrations longitudinales du véhicule 2. 0] Le régulateur 32 est décrit plus en détail en regard des figures 2 et 3. Le module d'approximation 34 utilise la relation suivante, basée sur com, le régime moteur mesuré par le 3 0 capteur 28, pour approximer le retard r: r = 30/con, (1) [0021] La combinaison du capteur 28, du régulateur 32 et du module d'approximation 34 forme un dispositif de compensation des vibrations longitudinales du véhicule 2. 2] Le calculateur 24 est, ici, réalisé à partir d'un calculateur électronique programmable conventionnel apte à exécuter des instructions d'un programme enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, la mémoire 26 comporte des instructions pour l'exécution du procédé de la figure 4, instructions exécutées par le calculateur 24. 3] La figure 2 représente plus en détail le régulateur 32. Sur cette figure, le régulateur 32 comprend une entrée 40 raccordée au module 30 pour recevoir la consigne Copt et une entrée 42 pour recevoir le régime moteur co. mesuré par le capteur 28. Le régulateur 32 comprend également une sortie 44 pour délivrer la consigne corrigée Ccor. 4] Sur la figure 2, la sortie 44 est raccordée à l'entrée d'un modèle 46 du bloc moteur dont la sortie est raccordée à l'entrée d'un modèle 48 permettant d'approximer le régime moteur con, . Ces modèles sont décrits ici car ils permettent d'introduire et de définir les différents coefficients du régulateur 32. Le bloc moteur correspond à la combinaison du moteur 4 et du contrôleur 18. 5] La fonction de transfert du modèle 46 est ici approximée par la relation de Laplace suivante: Ccor 2-mots + 1 où s est la variable de Laplace, r est le retard du contrôleur 18, tmot est la constante de temps du moteur 4, et I n est le couple produit par le moteur sur l'arbre 6. [0026] Le modèle 48 est formé d'un soustracteur 50 propre à soustraire au couple T,n la valeur d'un couple résistant T exercé par la chaîne de transmission 8 sur l'arbre 6. Le couple résistant T est donc une perturbation du couple moteur rm. 2 5 [0027] Le résultat E de la soustraction du soustracteur 50 est envoyé à l'entrée d'un bloc 52 modélisant le comportement mécanique de l'arbre 6. La fonction de transfert du bloc 52 est, ici, exprimée à l'aide de la relation de Laplace suivante: Fm (2) wm E.1mS+cm (3) où E est le résultat de la soustraction effectuée par le soustracteur 50, wm est le régime moteur de l'arbre 6, Jm est l'inertie du volant moteur, et cm est le frottement sec sur l'arbre 6. 8] Le régulateur 32 comprend un sommateur 60 propre à additionner la consigne Copt et un terme correctif E pour obtenir la consigne Ccor, un compensateur 62 propre à établir le terme correctif E en fonction d'une prédiction w* du régime moteur, et un prédicteur 64 propre à établir la prédiction w;, à partir de la consigne Cor et du régime moteur con, mesuré par le capteur 28. 9] Le compensateur 62 sera décrit plus en détail en regard de la figure 3. Le prédicteur 64 est, ici, un prédicteur de Smith. Plus précisément, le prédicteur 64 comprend un bloc 70 correspondant au modèle 46 à l'exception que celui-ci ne tient pas compte du retard r. La fonction de transfert du bloc 70 est donnée par la relation suivante: T _ 1 (4) CCor Zmot s +1 [0030] La sortie du bloc 70 est raccordée à l'entrée d'un bloc 72 dont la fonction de transfert est identique à celle du bloc 52. La sortie du bloc 72 est raccordée à l'entrée d'un bloc 74 d'annulation du retard. La fonction de transfert de ce bloc 74 est donnée par la relation suivante: S =1 e-" (5) w m Où S est la sortie du bloc 74, et w' , est la sortie du bloc 72. 2 0 [0031] Enfin, le prédicteur 64 comprend un sommateur 76 propre à additionner la sortie S du bloc 74 au régime moteur con, mesuré par le capteur 28 afin d'obtenir la prédiction (4, . La prédiction wç est une estimation de la valeur du régime moteur wm qui devrait être mesurée par le capteur 28 r secondes plus tard. 2] La figure 3 représente plus en détail le compensateur 62. Ce compensateur 62 2 5 comprend un estimateur 80 apte à établir une estimation i du couple résistant T à partir de la prédiction wm et de la consigne Cor, et une unité 82 d'établissement du terme correctif E. [0033] L'estimateur 80 comprend un bloc 84 propre à estimer le couple appliqué en entrée de la chaîne de transmission 8 et un bloc 86 propre à reconstruire la valeur du couple produit par le moteur 4. Le bloc 84 a une entrée pour recevoir la prédiction wm et une sortie raccordée à une entrée d'un soustracteur 88. La fonction de transfert du bloc 84 est donnée par la relation suivante: rT J s + c m m (6) com (Tfs+l)2 où FT est l'estimation du couple appliqué à l'entrée de la chaîne de transmission 8, et -cf définit la fréquence de coupure d'un filtre passe bas. 4] Dans la relation (6), le terme I /(ifs + 1)2 est la fonction de transfert d'un filtre passe bas. La valeur de if est fixée pour que la fréquence de coupure de ce filtre passe bas soit supérieure à 2Hz lorsque le véhicule est sur le 1" rapport de boite de vitesses. Cette valeur augmente avec les rapports de boite plus élevés. 5] Le bloc 86 a une entrée raccordée à la sortie du correcteur 60 pour obtenir la valeur de la consigne Ccor et une sortie pour délivrer le couple Fm reconstruit. Cette sortie est raccordée à une autre entrée du soustracteur 88. La fonction de transfert du bloc 86 est donnée par la relation suivante: Ccor (Tfs+l)2(Tmots+l) [0036] Le soustracteur 88 soustrait à la sortie du bloc 86 la sortie du bloc 84, de manière à obtenir l'estimation T du couple résistant T. L'unité 82 comprend un soustracteur 90 dont une entrée est directement raccordée à une sortie du soustracteur 88 pour recevoir l'estimation i' et une autre entrée est raccordée à la même sortie du soustracteur 88 par l'intermédiaire d'un filtre 92 passe haut. 7] La fonction de transfert du filtre 92 est donnée par la relation suivante: Tf _ 1 (8) r (Tbs+l) 2 5 où if représente la composante de l'estimation T filtrée par le filtre 92, et Tb est une constante définissant la fréquence de coupure inférieure du filtre 92. 8] La valeur de Tb est choisie de manière à ce que la fréquence de coupure inférieure du filtre 92 soit inférieure à 1 Hz Torque le véhicule est sur le 1 er rapport de boite de vitesses. Cette valeur augmente avec les rapports de boite plus élevés [0039] Une sortie du soustracteur 90 est raccordée à l'entrée d'un bloc 94 de filtrage en 5 fonction de la dynamique du moteur 4. La fonction de transfert du filtre 94 est donnée par la relation suivante: C'cor _ Tmots +l Tc (Tfs + 1)2 où T, est la sortie du soustracteur 90 et C'cor est la sortie du bloc 94. 0] La sortie du bloc 94 est connectée à l'entrée d'un bloc 96 fixant le niveau de réduction 10 des vibrations longitudinales du véhicule 2. La fonction de transfert du bloc 96 est donnée par la relation suivante: C cor = gc C'cor où g, est une constante définissant le niveau de réduction des vibrations. 1] La constante gc est comprise entre 0 et 1. Lorsque gc est égal à 0, la fonction du 15 régulateur 32 est inhibée, tandis que lorsque le niveau ge est égal à 1, l'action du régulateur 32 est complètement activée. 2] Le fonctionnement du dispositif de compensation des vibrations longitudinales va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 4. 3] Initialement, lors d'une étape 100, le module 34 approxime le retard r à l'aide de la 20 relation (1). En parallèle, lors d'une étape 101, le capteur 28 mesure le régime moteur 6Jm. Ensuite, lors d'une étape 102, le prédicteur 64 prédit la valeur de l'estimation con, correspondant à la consigne Ccor actuelle et au régime moteur Wm mesuré par le capteur 28. 4] A partir de la prédiction con, et de la consigne Ccor, lors d'une étape 104, l'estimateur 80 estime la valeur du couple résistant T exercée par la chaîne de transmission 8 sur l'arbre 6. Lors 25 de l'étape 104, l'estimation T est établie avec une avance temporelle égale au retard r. 5] A partir de l'estimation T, lors d'une étape 106, l'unité 82 établit le terme correctif c permettant de compenser les vibrations longitudinales du véhicule 2. (9) (10) 6] En parallèle aux étapes 100 à 106, lors d'une étape 108, le module 30 élabore la consigne Copt à partir de la position yd mesurée par le capteur 22 et de la cartographie préenregistrée dans la mémoire 26. 7] Ensuite, lors d'une étape 110, le correcteur 60 corrige la consigne Copt établie lors de l'étape 108, à l'aide du terme correctifs établi lors de l'étape 106. Lors de l'étape 110, cette correction est réalisée en ajoutant à la consigne Copt la valeur du terme correctifs, de manière à obtenir la valeur de la consigne Ccor. 8] Enfin, lors d'une étape 112, le contrôleur 18 commande le moteur 4 en fonction de la consigne Ccor établie lors de l'étape 110. 9] De nombreux autres modes de réalisation du dispositif de compensation de vibrations longitudinales sont possibles. Par exemple, d'autres fonctions de transfert peuvent être retenues pour modéliser le comportement du moteur et le comportement de l'arbre 6. Dans ce cas, les fonctions de transfert des différents blocs du régulateur 32 devront être adaptées en fonction des fonctions de transfert choisies pour les modèles 46 et 48. 0] Estimer le couple résistant à partir d'une autre grandeur physique mesurée que le régime moteur est également possible. 1] En variante, le prédicteur 64 peut être remplacé par un prédicteur ayant une autre structure mais remplissant la même fonction que le prédicteur de Smith. 2] Ici, la commande d'accélération a été décrite comme étant générée à partir d'un capteur 22 de position de la pédale d'accélération 20. En variante, cette commande d'accélération peut être générée à partir d'autres dispositifs, tel que, par exemple, un régulateur de vitesse. REVENDICATIONS 1. Système de commande de l'accélération d'un véhicule automobile à moteur, équipé d'un arbre d'entraînement mécaniquement accouplé à des roues motrices par l'intermédiaire d'une chaîne de transmission, ledit système comportant un module (30) d'élaboration d'une consigne optimale de couple pour l'arbre du moteur en fonction d'une commande d'accélération ou de décélération, un dispositif de compensation des vibrations longitudinales du véhicule pour établir une consigne corrigée propre à réduire les vibrations longitudinales du véhicule et un contrôleur (18) apte à commander le moteur en fonction de la consigne corrigée pour réduire l'écart entre le couple de l'arbre du moteur et cette consigne corrigée, ledit dispositif de compensation comportant une unité (82) d'établissement d'un terme correctif de la consigne optimale uniquement en fonction d'une estimation du couple résistant exercé par la chaîne de transmission sur l'arbre moteur et un correcteur (60) propre à corriger la consigne optimale en fonction du terme correctif pour obtenir une consigne corrigée de couple pour l'arbre du moteur. 2. Dispositif de compensation des vibrations longitudinales d'un véhicule automobile apte à être mis en oeuvre dans un système conforme à la revendication 1, ce dispositif comportant une unité (82) d'établissement d'un terme correctif de la consigne optimale, et un correcteur (60) propre à corriger la consigne optimale en fonction du terme correctif pour obtenir une consigne corrigée, l'unité d'établissement étant apte à établir le terme correctif 2 0 uniquement en fonction d'une estimation du couple résistant exercé par la chaîne de transmission sur l'arbre du moteur. 3. Dispositif selon la revendication 2 pour un véhicule automobile dont le contrôleur induit un retard r entre l'instant où est reçue la consigne corrigée et l'instant où le couple de l'arbre du moteur atteint cette consigne corrigée, caractérisé en ce qu'il comporte un prédicteur (64) apte à prédire la valeur d'une grandeur physique à partir de laquelle le couple résistant peut être estimé avec une avance temporelle égale au retard r, et un estimateur (80) apte à établir l'estimation du couple résistant avec une avance temporelle égale au retard r à partir de la grandeur physique prédite par le prédicteur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le prédicteur est un 3 0 prédicteur de Smith. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (28) de régime de l'arbre du moteur, et un estimateur (80) apte à établir l'estimation du couple résistant uniquement à partir du régime de l'arbre du moteur mesuré par ce capteur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'unité (82) d'établissement comporte au moins un filtre passe bande pour tenir compte dans l'établissement du terme correctif uniquement des composantes de fréquence de l'estimation du couple résistant comprises entre 1 et 2Hz. 7. Procédé de compensation des vibrations longitudinales d'un véhicule automobile à moteur, à l'aide d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape (106) d'établissement d'un terme correctif de la consigne optimale uniquement en fonction d'une estimation du couple résistant exercé par la chaîne de transmission sur l'arbre du moteur, et une étape de correction de la consigne optimale en fonction du terme correctif, cette consigne corrigée étant propre à réduire les vibrations longitudinales du véhicule automobile. 8. Procédé selon la revendication 7, pour un moteur équipé d'un contrôleur induisant un retard r entre l'instant où est reçue la consigne corrigée et l'instant où le couple de l'arbre du moteur atteint cette consigne corrigée, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape (102) de prédiction de la valeur d'une grandeur physique à partir de laquelle le couple résistant peut être estimé avec une avance temporelle égale au retard r, et une étape (104) d'estimation pour établir l'estimation du couple résistant avec une avance temporelle égale au retard r à partir de la grandeur physique prédite lors de l'étape de prédiction. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape (101) de mesure du régime moteur, et une étape (104) d'estimation du couple résistant uniquement à partir du régime moteur mesuré. 10. Support d'enregistrement d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour l'exécution d'un procédé de compensation des vibrations longitudinales d'un véhicule automobile conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 9, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique.