Brevet FR2898098A1 — publié le 20070907

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne comportant un moteur et une transmission avec de préférence un rapport de transmission variant par paliers. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, un support de mémoire électrique et une installation de commande et/ou de régulation pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Pour la commande et la régulation de certaines fonctions d'un véhicule automobile, il est nécessaire pour l'installation de commande et/ou de régulation de connaître le rapport de vitesses actuel. En particulier, pour des raisons d'économie, les boîtes de vitesses ne sont pas habituellement équipées de capteurs. L'unique capteur détecté dans les boîtes de vitesses habituelles par un capteur est la marche arrière. Pour néanmoins qu'une installation de commande et/ ou de régulation serve au fonctionnement d'un véhicule dispose d'une grandeur d'entrée caractérisant le rapport de transmission ou rapport de vitesses actuel, on détermine le rapport de vitesses actuel à partir du rapport actuel entre la vitesse du véhicule et la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur entraînant le véhicule. La vitesse de rotation est fournie par un capteur de vitesse de rotation ; la vitesse de déplacement du véhicule est obtenue à partir de la périphérie d'une roue et d'au moins un capteur de roue qui saisit la vitesse de rotation de la roue. Il est possible de déterminer la vitesse du véhicule également à l'aide de la vitesse de rotation du vilebrequin ou de l'arbre de sortie de la boîte de vitesses. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus, pour permettre de déterminer le rapport de transmission actuel dans un nombre de situations aussi divers que possi-ble du fonctionnement du véhicule automobile et cela d'une façon économique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine le rapport de transmission ac- tuel au moins indirectement à partir de l'accélération du véhicule et du gradient de vitesse de rotation. Le procédé selon l'invention permet de déterminer le rapport de transmission actuel sans nécessiter plusieurs capteurs pour équiper la boîte de vitesse et sans qu'il soit nécessaire de connaître la vitesse de dé-placement actuelle du véhicule. Même en cas de défaillance d'un capteur qui fournit un signal pour déterminer la vitesse de déplacement du véhicule, on peut toujours déterminer le rapport de transmission actuel. En effet, selon l'invention, la relation entre l'accélération du véhicule et le gradient de la vitesse de rotation dépend étalement du rapport de transmission actuel. Il est à remarquer que tous les paramètres évoqués peuvent également être remplacés par des grandeurs couplées à chaque paramètre et qui les caractérisent ainsi. Cela s'applique à l'expression détermination au moins de manière indirecte . L'accélération longitudinale du véhicule peut par exemple se saisir à l'aide d'un capteur comme dans les systèmes de sécurité connus tels que les systèmes ESP ou les systèmes de déclenchement des coussins gonflables. Il est particulièrement avantageux car cette solution est encore plus économique que l'accélération longitudinale du véhicule se dé- termine par une force agissant sur le véhicule par exemple la force résistante et la masse du véhicule. Cette relation connue depuis Newton permet de déterminer l'accélération longitudinale du véhicule sans utiliser de capteur d'accélération particulier. La force agissant sur le véhicule et influençant son état de mouvement peut être obtenue avec une très bonne approximation et sans calcul important comme somme d'au moins une force générée par le moteur à combustion interne et d'au moins une force dépendant de l'état actuel du véhicule. Une possibilité simple pour déterminer une grandeur caractérisant avec une bonne précision la force engendrée par le moteur à combustion interne consiste à diviser le couple d'entraînement de roue par le diamètre ou rayon de la roue motrice. Le couple d'entraînement de roue ou couple moteur de roue résulte lui-même de façon simple du produit du couple d'embrayage, du rendement de la ligne de transmission et du rapport de transmission lui-même. Le couple d'embrayage est fourni à partir d'un signal de capteur ou s'obtient par calcul ou par exemple à l'aide d'un champ de caractéristiques en utilisant le point de fonctionnement actuel (charge d'air, dose de carburant, vitesse de rotation, etc.) du moteur à combustion interne. Le rendement de la ligne de transmission dépend également de la charge et s'obtient par des essais effectués au préalable. L'état actuel du véhicule nécessaire pour résoudre l'équation de Newton évoquée ci-dessus peut être défini en bonne approximation suffisante pour la présente application afin de déterminer le rapport de transmission actuel, par l'inclinaison longitudinale de la chaussée et/ou par la masse du véhicule. La masse du véhicule est de façon simplifiée la masse nominale du véhicule ; on peut obtenir une précision plus élevée en utilisant les signaux de capteur qui déterminent la masse du véhicule. Le rapport actuel de transmission (i) s'obtient par la résolu-10 tion de l'équation quadratique suivante : C2 * nmot2 * i2 + (C3 * nmot - Cl * MK) * i + C4 * sin a + ngas = 0 dans celle-ci: 15 i = Rapport de transmission total actuel C1-C4 = Constantes nmot = Vitesse de rotation du moteur ngas = Gradient de la vitesse de rotation 20 MK = Couple d'embrayage a = Inclinaison longitudinale de la chaussée. Les constantes C1-C4 peuvent se déterminer de façon préalable par des essais en faisant fonctionner le véhicule de masse connue à 25 des points de fonctionnement différents, connus et définis par la vitesse de rotation et le rapport de transmission pour un gradient de vitesse de rotation = 0 et pour une inclinaison longitudinale de la chaussée = O. La constante C4 peut ensuite se déterminer en faisant fonctionner le véhicule de masse caractéristique, à un point de fonctionnement connu et défini 30 par la vitesse de rotation et le rapport de transmission pour un gradient de vitesse de rotation = 0 et pour une inclinaison longitudinale définie de la chaussée et qui est # O. La constante C4 qui dépend principalement de la masse du véhicule et de l'inclinaison longitudinale peut toutefois se déterminer en 35 permanence pendant le fonctionnement normal du véhicule et être actualisée par la résolution de l'équation suivante : "-FAT (iR *iA *(Cl*MK -C3*nmot)-C2*(iR *iA *nmot)2 -ngas) dt C4 = sin a, AT i dans celle-ci : iR = Rapport de transmission connu de manière définie iA = Démultiplication de l'essieu moteur to = Début de l'intégration AT = Durée de l'intégration. Comme dans la plupart des véhicules il n'y a pas de transmission réglable en continu, mais une boîte de vitesse avec des rapports discrets, l'invention propose de déterminer le rapport actuel à partir du rapport de transmission actuel obtenu. Pour cela, on prévoir des bandes de tolérance pour les rapports de transmission pour les différents rapports de vitesses et ensuite on vérifie dans quelle bande de tolérance se trouve le rapport de transmission actuel obtenu. Selon un développement, à partir du rapport actuel déterminé et de la vitesse de rotation actuelle du moteur à combustion interne, on détermine une valeur de remplacement de la vitesse du véhicule. A l'aide de cette valeur de remplacement, on dispose de la vitesse de déplacement du véhicule nécessaire pour de nombreuses fonctions de commande et de régulation du véhicule, également indépendamment du signal que fournirait un capteur de roue. Cela améliore la sécurité de fonctionnement du véhicule par une augmentation de la redondance du système ; Selon un autre développement, on contrôle la plausibilité de la valeur de substitution et on exécute une mesure si cette valeur de substitution n'est pas plausible. On peut envisager par exemple une limitation à une valeur maximale qui tient compte de l'état de fonctionnement du véhicule dont les roues patinent. Si en cas de rapport de vitesses con- sidéré comme stable et de transmission de force (embrayage), on dépasse une limite de vitesse fixe spécifique au rapport de vitesses, cette limite remplace la valeur obtenue par exemple jusqu'au prochain dépassement de cette limite. La détection assurée du rapport de transmission actuel à l'aide du procédé décrit ci-dessus n'est possible que s'il y a une transmis- sion de force entre le moteur à combustion interne et une roue motrice. Si cette transmission de force disparaît, on ne peut plus garantir la détection du rapport de vitesses. Cela ne permet pas non plus de garantir la détermination de la vitesse de déplacement de sorte qu'à titre de substitution on traite la dernière valeur de vitesse reconnue comme garantie, par exemple par une fonction de filtre selon le temps pour correspondre à un comportement caractéristique de fin de mouvement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un véhicule, - la figure 2 est une vue schématique de la ligne de transmission du véhicule de la figure 1, - la figure 3 est un schéma par blocs du procédé de gestion du véhicule selon la figure 1, et -la figure 4 est un schéma par blocs d'un autre procédé de gestion du véhicule de la figure 1. Description de modes de réalisation Selon la figure 1, un véhicule portant la référence 10 est entraîné par un moteur à combustion interne qui fait partie d'une ligne de transmission 12 représentée schématiquement à la figure 2 et porte la référence 14 ; la ligne de transmission 12 n'est pas représentée à la figure 1. Le véhicule 10 comporte un capteur d'inclinaison 16 qui détecte l'inclinaison longitudinale a du véhicule. Selon la figure 2, le moteur à combustion interne 14 en- traîne un vilebrequin 18 dont la vitesse de rotation nmot est détectée par un capteur de vitesse de rotation 20. Le vilebrequin 18 est relié à un embrayage 22 faisant également partie de la ligne de transmission 12. Le couple appliqué à l'embrayage 22 pendant le fonctionnement du véhicule 10 et du moteur à combustion interne 14 peut se déterminer par un cap- teur de couple ou comme dans le présent exemple de réalisation par une installation de commande et de régulation 24 en s'appuyant sur différents paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 14 comme par exemple la quantité de carburant à injecter, la charge d'air, la vitesse de rotation nmot, etc.. Le couple correspondant porte la référence MK. En aval de l'embrayage 22, la ligne de transmission 12 comporte une boîte de vitesses 26 à rapports discrets. Pour détecter la marche arrière, la boîte de vitesses 26 est équipée d'un capteur 27. La détection des autres rapports de vitesses se fait selon des procédés diffé- rents qui seront détaillés ultérieurement. En aval de la boîte de vitesses 26, il y a un différentiel d'essieu 28 qui répartit le couple entre les roues motrices 30. Dans le présent exemple de réalisation, les roues motrices sont les roues arrière du véhicule 10. Les roues avant 32 du véhicule 10 ne sont pas motrices. La vitesse de rotation des roues avant est détectée par les capteurs de roues 34 (voir figure 1). Le fonctionnement du véhicule est commandé et régulé par l'installation de commande et de régulation 24. Celle-ci reçoit les signaux d'entrée de différents capteurs par exemple des capteurs d'inclinaison 16, les capteurs de vitesse de rotation 20, les capteurs de boîte de vitesses 27 et les capteurs de roues 34. En tenant compte de ces différents signaux d'entrée, on commande globalement d'une part le moteur à combustion interne 14 et d'autre part le véhicule 10. En fonctionnement normal du véhicule 10, on détermine la vitesse de déplacement du véhicule en s'appuyant sur les signaux des capteurs de roues 34 et du diamètre D des roues avant 32. La connaissance de la vitesse de déplacement du véhicule et de la vitesse de rotation nmot du vilebrequin 18 permet de déterminer la transmission globale actuelle (boîte de vitesses 26 et différentiel d'essieu 28) itot. Comme les va-leurs correspondantes des différents rapports de vitesses de la boîte de vitesses 26 sont enregistrées dans une mémoire de l'installation de commande et de régulation 24, la comparaison du rapport de transmission total itot, actuel, divisé par la démultiplication d'essieu moteur iA et des rapports totaux de transmission, enregistrés en mémoire donnent le rap- port de vitesses actuel effectif G. avec n variant de 1 à m. Une variante de procédé pour déterminer le rapport de vitesses actuel G. sera décrite de manière plus détaillée en référence aux figures 3 et 4. Ce procédé permet de déterminer le rapport de vitesses actuel G. sans utiliser les signaux des capteurs de roues 34. Après le départ au point 36 (voir figure 3) au point 38, on résout l'équation quadratique 1 suivante pour donner le rapport de transmission total actuel i : C2~*i2+(C3*nmot -Cl*MK)*i+C4*sina+ngas=0 (1) a b c La solution de cette équation est l'expression binominale suivante : -b Vb2 -4*a*c i = 12 2a Dans cette formule Cl, C2, C3, C4 sont des constantes dé-5 terminées au préalable par des essais. Un procédé de détermination de ces constantes sera donné ultérieurement. (ngas) est le gradient actuel de vitesse de rotation c'est-à-dire la dérivée de la vitesse de rotation actuelle nmot fournie par le capteur de vitesse de rotation 20 en fonction du temps dt. L'équation (2) 10 donne deux rapports de transmission actuels il et i2. Au point 40, on défi-nit la plage de valeurs autorisées supérieure à zéro et inférieure à un rapport total maximum i.. Le rapport total maximum imax est le rapport total qui correspond à la marche arrière ou au premier rapport de vitesses. Cela permet d'éliminer celles des deux valeurs de rapport de transmission 15 total il et i2 obtenues au point 38. On obtient ainsi le rapport total effectif itot au point 40. Au point 42, on divise le rapport de transmission total dé-terminé itot par le rapport de transmission d'essieu iA (rapport du différentiel d'essieu 28) ce qui donne le rapport de transmission actuel 20 proprement dit iG de la boîte de vitesses 26. Ce rapport de transmission actuel déterminé iG doit être associé à un rapport de vitesses déterminé G. (n=1-m). Pour cela, au point 44, on attribue une bande de tolérance A au rapport de transmission de boîte de vitesses iGi...iGm. Puis, on détermine la plage iGn A dans laquelle se trouve le rapport de transmission actuel dé- 25 terminé iG. Au point 44 cela donne le rapport de vitesses actuel G. de la boîte de vitesses 26. Le procédé se termine au point 46. Les constantes C 1-C3 se déterminent au préalable par exemple par des essais. Pour ces essais, on fait fonctionner le véhicule 10 de manière stationnaire en connaissant sa masse, à des points de fonc- 30 tionnement différents, connus définis par la vitesse de rotation nmot et le rapport de transmission iG pour le gradient de vitesse de rotation ngas = 0 et une inclinaison longitudinale de la chaussée a = O. Les valeurs correspondantes sont substituées dans l'équation (3) suivante et le système d'équations résultant se résout en Cl, C2, C3 pour au moins trois états de 35 conduite : 7 (2) C2=MK*C1-nmot *C3 (3) i*nmot 2 15 20 La constante C4 se détermine d'une manière différente : Une possibilité simple consiste à déterminer la constante C4 au préalable en procédant également à des essais ; pour cela après avoir déterminer les constantes C 1-C4, on fait fonctionner le véhicule 10 dont on connaît la masse à un point de fonctionnement connu, défini par la vitesse de rotation nmot et le rapport de transmission iG pour un gradient de vitesse de rotation ngas = 0 et une inclinaison longitudinale con- lo nue de la chaussée a # O. La solution découle de la résolution de l'équation 4 suivante : C2*i2 *nmot2+i*(MK *Clùnmot *C3) =1*(MK *Ci ùnmot *C3)ùC2 *i2 *nmot 2 C40= ù sin a sin oc (4) En variante, on peut également déterminer la constante C4 (celle-ci n'est plus réellement une constante au sens proprement dit) de manière continue pendant le fonctionnement du véhicule 10 pour l'adapter à l'aide de l'équation (5) suivante : "-FAT (iR *iA *(Cl*MK -C3*nmot) -C2*(iR *iA *nmot) 2 -ngas) dt C4 = sin a, OT i L'application de l'équation (5) résulte de la figure 6 : 25 Après le départ au point 48, on vérifie au point 50 si le rapport actuel de vitesses G. est connu de manière certaine. Cela est toujours le cas pour la marche arrière GR car la marche arrière est détectée par un capteur de boîte de vitesses 27 propre à la marche arrière. C'est pourquoi dans l'équation (5) on a introduit le rapport de vitesses iR correspondant à 30 la marche arrière GR. Si cela est le cas, au point 52, on vérifie si l'inclinaison longitudinale saisie par le capteur d'inclinaison 16 esta # O. Si ces deux conditions sont remplies, on résout l'équation (5) au point 54. Si les conditions des points 50 et 52 ne sont pas remplies, on bloque la valeur actuelle de la constante C4 en l'enregistrant par exemple au point 35 56 dans une mémoire non volatile et on l'utilise comme valeur initiale (5) pour l'intégrateur 54 dès que les conditions d'activation des points 50 et 52 sont de nouveau remplies. Si la réponse au point 50 est négative, on fixe au point 58 la constante C4 égale à la valeur par défaut C40 déterminée au préalable. Le procédé est appliqué en permanence pendant le dé- placement. On peut déterminer la vitesse de déplacement du véhicule vfzg à l'aide de l'équation (6) suivante : vfzg = 2t*nmot*R (6) 1Gn Le procédé décrit ci-dessus permet ainsi et sans utiliser de capteur particulier sur la boîte de vitesses 26 et même sans les signaux des capteurs de roues 34 de déterminer le rapport actuel de vitesses G. et en s'appuyant sur le rapport total de transmission iGn et connaissant la vitesse de rotation nmot fournie par le capteur de vitesse de rotation 20 du vilebrequin 18 ainsi qu'en connaissant le périmètre 2* 7t * R des roues motrices 32, déterminer une valeur de la vitesse vfzg du véhicule. Cette vitesse peut s'utiliser comme valeur de substitution si les capteurs de roues 34 sont défectueux. On peut contrôler la plausibilité de la valeur de substitution vfzg en la comparant à une valeur minimale et/ ou une valeur maximale autorisée. En fonction du résultat du contrôle de plausibilité, on peut faire un enregistrement dans une mémoire de défaut. Le contrôle de plausibilité peut se faire suivant l'état de déplacement actuel du véhicule 10, à partir de la situation de fonctionnement du moteur à combustion interne 14 et des défauts reconnus par exemple des signaux de capteur déjà fournis. Il est également possible d'enregistrer dans une mémoire de défaut si par exemple on constate dans le bloc 42 que le rapport de transmission iG, obtenu se situe dans la frange limite entre des rapports de transmission discrets iGn de rapports de vitesses voisins dans la me-sure où on n'est pas à l'état débrayé, en ce que le rapport de vitesses obtenu se situe sur une valeur de défaut non plausible (par exemple égal à 0). On peut également utiliser de fortes variations du rapport de transmission obtenu iG comme critères pour faire l'enregistrement dans la mémoire de défaut. Enfin, on effectue toujours l'enregistrement dans une telle mémoire de défaut si soit la valeur de substitution utilisée ne correspond 5 10 25 30 plus à la précision requise fixée par exemple par la réglementation ou par d'autres spécifications. Les bases du procédé développé ci-dessus sont les suivantes : L'accélération (a) du véhicule ou ( CO * ngas) résulte de la force F appliquée au véhicule 10 de la masse (m) du véhicule 10 selon l'équation (7) suivante : a = CO * ngas = F (7) m La force F appliquée au véhicule 10 se compose de la force exercée par le moteur à combustion interne 14 (de préférence une force d'entraînement F+) et d'une force F_ dépendant de l'état actuel du véhicule (en général une résistance) selon l'équation (8) : 15 F = F+ + F_ (8) La force F+ engendrée par le moteur à combustion interne 10 peut se déterminer selon l'équation (9) en tenant compte du couple 20 moteur de roues MR appliqué aux roues motrices 32 et du diamètre ou rayon R des roues motrices 32 : F+ _ MR R Le couple moteur de roues MR résulte du produit du couple d'embrayage MK déjà évoqué ci-dessus, du rendement ri de la ligne de transmission 12 et du rapport de transmission total déterminé itot qui sera désigné dans les formules suivantes simplement par i, en appliquant la formule (10) : MR=MK*rl*i (10) La force F résultant de l'état actuel du véhicule 10 dépend principalement en première approximation de l'inclinaison longitudinale a 35 de la chaussée et de la masse m du véhicule 10 selon l'équation 11 sui- vante : (9) F_ = C2 * i2 * nmot2 + C3 * i * nmot + C4 * sin a (11) Les équations 7 à 11 donnent l'équation (12) suivante: ngas = i * (MK * Cl - nmot * C3)-C2 * i2 * nmot2 - C4 * sin a (12) La masse M du véhicule 10 est continue dans les constantes C 1-C4 de l'équation (12). En transformant l'équation (12), on obtient l'équation principale quadratique (1) dont la solution donne le rapport de transmission total recherché itot. Enfin, on peut déterminer le rapport de transmission actuel iG en s'appuyant sur l'accélération (a) du véhicule et un gradient de vitesse correspondant (ngas). Le procédé décrit ci-dessus peut alors être exécuté s'il y a une transmission de force dans la ligne de transmission 12 c'est-à-dire si l'embrayage 22 est embrayé. La détermination des constantes C 1-C3 se fait au préalable en utilisant la masse connue du véhicule pour permettre dans le fonctionnement proprement dit du véhicule une détermination aussi sûre que possible du rapport actuel de vitesses G.. En ou- tre, la précision de la détermination du rapport actuel de vitesses G. est d'autant plus grande que les autres facteurs d'influence sont réduits c'est-à-dire les forces perturbatrices agissant sur le véhicule. Cela signifie que la précision est par exemple la plus grande s'il n'y a pas de rang. 30 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) comportant un moteur (14) et une transmission (26) avec de préférence un rapport de transmission (iG) variant par paliers, caractérisé en ce qu' on détermine le rapport de transmission actuel (iG) au moins indirecte-ment à partir de l'accélération (a) du véhicule et du gradient de vitesse de rotation (ngas). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accélération (a) du véhicule est représentée par une force (F) agissant sur le véhicule (10) et la masse (m) du véhicule. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force (F) agissant sur le véhicule (10) est représentée par la somme d'au moins une force (F+) générée par le moteur (14) et d'au moins une force (F) dépendant de l'état actuel du véhicule. 4 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force (F+) générée par le moteur (14) se détermine en tenant compte du couple des roues motrices (MR) et d'une grandeur caractérisant le diamètre 25 (D) de la roue motrice (30). 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le couple de roues motrices (MR) est le produit d'un couple (MK), d'un ren-30 dement (ri) d'une transmission (12) et du rapport de transmission (i). 6 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'état actuel du véhicule est influencé par l'inclinaison longitudinale (a) de 35 la chaussée et/ou par la masse (m) du véhicule. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 5 35le rapport de transmission actuel (i) résulte de la résolution de l'équation suivante : C2 * nmot2 * i2 + (C3 * nmot - Cl * MK) * i + C4 * sin a + ngas = 0 dans celle-ci: i = Rapport de transmission total actuel Cl-C4 = Constantes 10 nmot = Vitesse de rotation du moteur ngas = Gradient de la vitesse de rotation MK = Couple d'embrayage a = Inclinaison longitudinale de la chaussée. 15 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour des constantes C 1-C3 connues, on obtient la constante C4 en fonctionnement normal du véhicule (10) comme solution de l'équation sui-vante : 20 "-FAT (iR *iA *(Cl*MK -C3*nmot) -C2*(iR *iA *nmot) 2 -ngas) dt C4 = sin a AT i dans celle-ci : iR = Rapport de transmission connu de manière définie iA = Démultiplication de l'essieu moteur to = Début de l'intégration AT = Durée de l'intégration. 30 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine le rapport de vitesses actuel (G) à partir du rapport de transmission actuel (i) obtenu. 10 ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' à partir du rapport actuel (G) déterminé et de la vitesse de rotation actuelle (nmot) du moteur (14) on détermine une valeur de substitution de la vitesse (vfzg) du véhicule. 11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on vérifie la plausibilité de la valeur de substitution (vfzg) et on prend une mesure si la valeur de substitution (vfzg) n'est pas plausible et on traite notamment la valeur de substitution (vfzg) par un filtre.10