Brevet FR2909959A1 — publié le 20080620

Procédé de pilotage d'un moteur de véhicule L'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur de véhicule automobile à partir d'une valeur d'enfoncement de la pédale d'accélérateur de ce véhicule. Avec les véhicules connus, pour un même enfoncement de la pédale d'accélérateur, une même vitesse initiale et sur un même rapport de boîte de vitesses, le véhicule accélère différemment selon qu'il se trouve sur une route horizontale, montante, descendante, ou qu'il tracte une caravane. C'est donc au conducteur de compenser, par exemple en enfonçant davantage la pédale lorsqu'il est dans une montée, ou en la relevant lorsqu'il atteint le somment d'une côte pour éviter d'accélérer dans la descente à venir. Lorsqu'il s'agit de maintenir une vitesse constante, le conducteur n'est pas suffisamment agile car sa sensibilité ne lui permet pas d'apprécier les petites variations de vitesse, et il agit donc toujours avec retard, c'est à dire lorsque la vitesse a déjà significativement dérivé. C'est notamment pour cette raison que les systèmes de régulation de vitesse se sont développés : ils ont une dynamique de régulation bien supérieure à celle du conducteur et peuvent donc maintenir précisément la vitesse. Malgré tout, ces systèmes ne sont actifs que sur demande explicite du conducteur qui doit à cet effet actionner une commande spécifique. De plus, ces systèmes modifient le pilotage du véhicule, puisqu'une fois le système actif, la vitesse est liée au maniement de la commande spécifique, et non à l'enfoncement de la pédale. Le mode de fonctionnement en régulation de vitesse est donc distinct du mode de fonctionnement normal, ce qui complique la conduite puisque le conducteur doit fréquemment passer d'un mode à l'autre. 2909959 2 Le but de l'invention est de proposer une commande de moteur depuis la pédale d'accélérateur, qui remédie aux inconvénients ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de 5 pilotage d'un moteur de véhicule, ce véhicule comprenant une pédale dite d'accélérateur pourvue d'un capteur d'enfoncement, et des capteurs ou des estimateurs pour déterminer l'intensité des efforts s'opposant à l'avancement du véhicule, une unité de commande du moteur 10 reliée à ces capteurs, dans lequel les efforts s'opposant à l'avancement du véhicule sont estimés dans l'unité de commande à partir de données issues des capteurs, ce procédé comprenant un mode de régulation en accélération dans lequel le moteur est piloté par l'unité de commande 15 pour délivrer un couple à la roue tel que l'accélération effective du véhicule corresponde à une valeur d'accélération de consigne qui dépend du degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur. L'invention concerne également un procédé tel que 20 défini ci-dessus, dans lequel la valeur de l'accélération de consigne dépend également de la vitesse du véhicule. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel un mode de régulation en vitesse est activé lorsque l'enfoncement de la pédale est 25 représentatif d'une demande d'accélération nulle, le moteur étant alors piloté pour maintenir le véhicule à une vitesse correspondant à la vitesse qu'il avait lorsque la pédale a atteint l'enfoncement correspondant à une demande d'accélération nulle. 30 L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel lorsque la pédale atteint un enfoncement correspondant à une demande d'accélération nulle, une valeur de vitesse de consigne est initialisée à la valeur de la vitesse effective du véhicule à cet 35 instant, et dans lequel le moteur est ensuite piloté pour délivrer un couple dépendant de l'écart entre la vitesse de consigne et la vitesse effective du véhicule tant que 2909959 3 la pédale occupe une position correspondant à une demande d'accélération nulle. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la course de la pédale 5 d'accélérateur est décomposée en une première région de faible enfoncement correspondant à une demande de ralentissement, une seconde région d'enfoncement moyen correspondant à une demande d'accélération nulle, et une troisième région d'enfoncement important correspondant à 10 une demande d'accélération. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel un système de récupération d'énergie du véhicule est activé lorsque la pédale occupe une position située dans la première région. 15 L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel un mode de régulation en couple est activé lorsque le véhicule a une vitesse inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et/ou lorsqu'un embrayage du véhicule est ouvert, et dans 20 lequel dans ce mode de régulation en couple, le moteur est piloté pour délivrer un couple dit régulé dépendant de l'enfoncement de la pédale. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel lors du passage du mode de 25 régulation en accélération au mode de régulation en couple, le couple régulé du mode de régulation en couple est corrigé pour évoluer graduellement depuis la valeur du couple délivré par le moteur lors du passage d'un mode à l'autre, jusqu'à la valeur de couple régulé dépendant 30 de l'enfoncement de la pédale. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel lors du passage du mode de régulation en couple au mode de régulation en accélération, la valeur de l'accélération de consigne est 35 corrigée pour évoluer progressivement depuis la valeur de l'accélération du véhicule lors du passage d'un mode à 2909959 4 l'autre, jusqu'à la valeur de l'accélération de consigne dépendant de l'enfoncement de la pédale. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. 5 La figure 1 est un schéma bloc représentatif du fonctionnement de la commande selon l'invention ; La figure 2 est un graphe montrant la loi liant l'enfoncement de la pédale à l'accélération dans la commande selon l'invention ; 10 La figure 3 est un schéma bloc montrant la sélection des différents modes de fonctionnement de la commande selon l'invention ; La figure 4 est un autre schéma bloc montrant la sélection des différents modes de fonctionnement de la 15 commande selon l'invention ; La figure 5 est un schéma bloc illustrant un traitement de l'accélération de consigne dans la commande selon l'invention. 20 L'idée à la base de l'invention est de concevoir une commande de vitesse avec laquelle le conducteur pilote d'une part directement l'accélération de son véhicule, indépendamment des efforts résistants que celui-ci subit, et avec laquelle d'autre part 25 l'activation du mode de régulation en vitesse s'active implicitement. Pour un enfoncement de pédale et une vitesse donnés, l'accélération est la même que le véhicule se trouve sur le plat, en pente, qu'il y ait une rafale de 30 vent ou que le véhicule tracte une remorque ou une caravane. La commande compense continûment les efforts résistants qui peuvent influer sur l'accélération longitudinale réelle du véhicule. Cette commande est capable de réguler la vitesse : 35 pour un enfoncement correspondant à une consigne d'accélération nulle, la commande maintient le véhicule à une vitesse constante. 2909959 5 La compensation est inactive lors du décollage, c'est à dire lorsque la vitesse est faible en étant par exemple inférieure à 5 km/h et/ou lorsque l'embrayage est ouvert, par exemple au cours d'un changement de rapport. 5 L'architecture de commande en accélération comprend trois blocs principaux représentés en figure 2. Le bloc repéré par 1 interprète la volonté du conducteur en une accélération longitudinale de consigne, notée Acons, avec par exemple une cartographie donnant 10 l'accélération de consigne en fonction de l'enfoncement de la pédale et de la vitesse. La prise en compte de la vitesse permet de tenir compte de la diminution du potentiel d'accélération lorsque cette vitesse augmente. Le bloc repéré par 2 est un observateur d'état 15 estimant l'accélération motrice, notée Amot, qui est une image du couple moteur à la roue, et l'accélération résistance, notée Ares, qui est une image des efforts s'opposant à l'avancement du véhicule. Ces estimations sont effectuées en prenant notamment en compte la 20 vitesse, le rapport de transmission et le couple moteur. Cet observateur d'état établit une prédiction basée sur un modèle du véhicule, puis recale cette prédiction par comparaison des prédictions avec les mesures. On notera que l'accélération longitudinale du véhicule, 25 notée AVeh, vérifie la relation : AVeh = Amor + Ares. Le bloc repéré par 3 calcule la vitesse à maintenir lorsque l'accélération de consigne Acons est nulle. Lorsqu'elle n'est pas nulle, il renvoie la vitesse effective du véhicule, de sorte que la différence entre 30 Vcons et la vitesse du véhicule soit nulle ; il n'a alors aucune incidence sur le pilotage. La régulation en accélération à proprement parler est assurée par les gains de commande K1 à K4, de sorte que la loi de commande est du type retour d'état 35 observé . La cartographie utilisée pour déterminer l'accélération demandée par le conducteur peut avoir 2909959 6 l'allure de celle du graphe de la figure 2 qui comprend trois régions correspondant à trois parties de la course de la pédale. La première région, repérée par A, correspondant à 5 un faible enfoncement correspond à une demande de décélération, ou de ralentissement. La deuxième région, repérée par B, qui correspond à un enfoncement moyen, correspond à une demande d'accélération nulle c'est-à-dire à une demande de régulation en vitesse. La troisième 10 région, repérée par C, qui correspond à un fort enfoncement, correspond à une demande d'accélération, c'est à dire un d'accroissement de la vitesse. La deuxième région B est dilatée car si elle était réduite à un point, le conducteur ne pourrait pas 15 bénéficier de la régulation en vitesse : son pied bouge toujours légèrement, notamment du fait de petits mouvements incontrôlés, ou bien de l'influence de vibrations. Une certaine partie de la course de la 20 pédale, correspondant au pallier B du graphe est donc allouée au mode de régulation en vitesse. Il est possible d'indiquer au conducteur qu'il est dans cette zone, par exemple en ajoutant un voyant ou en modulant l'effort ressenti à la pédale lorsqu'elle est dans cette région. 25 Il est aussi possible de prévoir plusieurs cartographies, pour typer le véhicule en privilégiant soit la précision : un enfoncement modéré produit une faible variation d'accélération ; soit le dynamisme : un enfoncement modéré produit une forte variation 30 d'accélération. Grâce à la cartographie de la figure 2, le conducteur peut accélérer en enfonçant fortement la pédale ; décélérer en relâchant la pédale ; évoluer à vitesse constante en la maintenant dans la seconde 35 région. La commande a en fait trois modes de fonctionnement, qui sont le mode de régulation en 2909959 7 accélération RA ; le mode de régulation en vitesse RV ; et le mode de régulation en couple RC. Dans le mode RC de régulation en couple, le couple délivré à la roue, par le moteur, correspond simplement à 5 l'enfoncement de la pédale. Ce mode ne sert qu'au décollage et/ou lorsque l'embrayage est ouvert ou glissant. Le reste du temps, le véhicule est régulé en accélération, avec ou sans régulation en vitesse. Le synoptique de sélection du mode est représenté 10 schématiquement sur la figure 3. Bien que la régulation en vitesse corresponde principalement à une régulation à une valeur nulle d'accélération, il est indispensable de prévoir une boucle de régulation en vitesse. 15 En effet, lorsqu'un véhicule roule à vitesse constante sur une route plane, puis attaque une côte, l'action du contrôle en accélération n'intervient que lorsque la côte a été détectée, c'est-à-dire lorsque l'accélération a sensiblement diminué. 20 Une fois cette décélération décelée, la régulation en accélération stabilise à nouveau l'accélération autour de zéro, mais entre ces deux états stables, la vitesse a baissé puisque la régulation en accélération cherche uniquement à revenir à une accélération nulle. 25 C'est la raison pour laquelle une boucle complémentaire de régulation en vitesse est nécessaire, cette boucle étant un simple gain proportionnel sur l'écart entre rr la vitesse souhaitée et la vitesse réelle : Arvv K4 ' (Vcons ù Vvéh 30 Comme représenté schématiquement en figure 4, la vitesse de consigne Vcone est initialisée à la vitesse V du véhicule à l'instant où le conducteur demande une accélération Acons nulle. Lorsque l'accélération demandée ne vaut plus zéro, la vitesse de consigne est forcée à la 35 vitesse réelle du véhicule, de sorte que la régulation en vitesse devient inactive : Arvv vaut alors zéro. 2909959 8 Pour commander l'accélération, il faut connaître l'accélération réelle ainsi que l'ensemble des efforts résistants. Plutôt que d'utiliser un accéléromètre, qui est sensible aux mouvements de caisse et qui fournit un 5 signal bruité, l'accélération est estimée par la technique de l'observation d'état. Cette technique consiste à modéliser le comportement du véhicule, à estimer l'évolution de la vitesse à partir de ce modèle, et, en comparant cette 10 estimation avec la mesure de la vitesse réelle, à corriger le modèle. La correction passe par l'ajustement de l'accélération qui fait partie des variables du modèle. En réglant correctement les gains de l'observateur, on arbitre le compromis entre la dynamique 15 d'estimation de l'accélération et la sensibilité au bruit de mesure sur la vitesse. Le modèle inclut également une modélisation des efforts résistants dus à la pente, au vent et autres, de sorte que l'observateur fournit également les efforts 20 résistants, présentés ici sous la forme d'une accélération résistante notée Ares, et résultant ainsi de données issues de différents capteurs. Ces capteurs peuvent inclure un capteur donnant l'assiette du véhicule, l'intensité et l'orientation du 25 vent, et autres. La loi de commande du mode de régulation en accélération fait intervenir l'accélération de consigne Acons, l'accélération fournie par le moteur, Amer, et l'accélération opposée par les efforts résistants, Areg : 30 ANeg = K1.Amot + K2 .Ares + K3 .A.s Elle détermine ainsi une accélération dite régulée Areg à partir de la demande du conducteur Acon, et de l'état du véhicule et de l'environnement qui dépend de Amer, Ares . Cette accélération régulée peut être convertie en 35 couple à la roue régulé Creg en la multipliant par la masse du véhicule et par le rayon de la roue. Ce couple à la roue régulé peut être traduit en un couple moteur de 2909959 9 régulé Cmot reg par division par le rapport de démultiplication de la chaîne de transmission k sur le rapport engagé. On a ainsi : CNeg = M * R *A C Neg C reg mot reg k Lorsque la demande d'accélération est nulle, la loi 5 de commande comporte un terme supplémentaire pour réguler plus efficacement la vitesse, Veons étant la vitesse à maintenir. ANeg = K1.Amot + K2 .Ares + K3 .Acons + K4 •(Vcons ù V) La calibration des gains K1 à K4 peut se faire avec 10 la méthode linéaire quadratique pour ajuster simplement le compromis entre dynamique de régulation et robustesse face aux bruits de mesure. La transition entre le mode régulé en couple et le mode régulé en accélération se fait de manière continue. 15 La durée de la transition est ajustée en fonction de la conduite : elle est longue si l'enfoncement est non nul et plus courte si le conducteur a le pied levé. Cette transition est effectuée en passant directement du mode régulé en couple au mode régulé en accélération, mais en 20 modifiant temporairement la consigne régulée, ce qui permet d'assurer la continuité de couple dès le début de la transition. Pour cela, on peut employer la stratégie suivante : Initialisation de la transition : LC ä7A ùAcnsBO ù K1 .Amot ù K2 .Ares ù (A v + Acons ) 25 (t-to) ù K3 a=1 Réalisation de la transition si le conducteur a le pied sur la pédale : 2909959 10 areg = K1.Amot + K2 .Ares + K3 •(A,v + Acons ) a = max(0, a ù T / Ttrans ) da = dA(t-to) *a AcnsBO ù Areg -1 si AcnsBO ≤areg Areg = aNeg +e *mm(da, d,,, )*K3 Où TS est la période de mise à jour de la loi de commande et Trans la durée de la transition. Lorsque le conducteur n'a pas le pied sur la 5 pédale, il ne demande rien au moteur, de sorte que l'on prend le minimum entre cette demande et celle requise par la transition ; on choisit une durée de transition plus longue pour ne pas surprendre le conducteur : aNeg = K1.Amot + K2.Ares + K3 •(Arvv + Acons ) a = max(0, a ù T /(10 * Ttrans )) da = dAo AcnsBO ù Areg K3 + 1 si AcnsBO > areg -1 si AcnsBO ~ areg ANeg = min (AcnsBO , areg + E * min (da , d max ) * K3 ) 10 Où Acns est l'accélération régulée en mode de régulation en couple, c'est-à-dire l'image du couple moteur demandé à travers la démultiplication de la transmission k, la masse M et le rayon R de la roue : _ * k AcnsBO Cmot cns BO M.R 15 La transition inverse, passant du mode de régulation en accélération au mode de régulation en couple, lorsque la vitesse devient inférieure à 5 km/h ou lorsque l'embrayage est ouvert est similaire. On coupe la régulation dès le début de la 20 transition pour passer immédiatement en mode de régulation en couple. Pour assurer la continuité du max = K3 1+1 Si AcnsBO i areg 2909959 11 couple moteur, on ajoute l'écart nécessaire, puis on ramène progressivement cet écart vers zéro. Initialisation de la transition : IdAo = Areg ù AcnsBO Areg AcnsBO + dA0 5 Réalisation de la transition si le conducteur a le pied sur la pédale : aNeg = K1.Amot + K2.Ares + K3 •(Arvv + Acons) a = max(O, a ù Ts / Ttrans ) da = dAo *a dmax = AcnsBO ù Areg +1 si areg > AcnsBO E_ -1 si areg ≤AcnsBO Areg = AcnsBO +E min da , d. Si le conducteur n'a pas le pied sur la pédale, la transition peut être réalisée immédiatement car les deux 10 stratégies demandent alors la même chose au moteur, à savoir son couple minimum. La transition d'activation du mode de régulation de la vitesse lorsque le mode de régulation de l'accélération est actif et que la consigne 15 d'accélération Acons vaut zéro peut aussi être rendu plus progressive. Pour cela, on applique graduellement le gain de contrôle de la vitesse de la manière suivante : a = min (1 ; (t ù finit ) / Tactivation ) Vcons Vcons + (1 ùa) * (Vk ùVkù1) Arve = a * Krvv * (Vcons ù V k ) Le coefficient a qui vaut zéro à l'instant initial 20 évolue progressivement vers 1 à la fin de la transition réalisée pendant une durée valant Tactivation• Pour désactiver sans à-coup la régulation de la vitesse, on procède la même manière : Ja' = max (0 ; 1 ù (t ù t fin) / Tdésactivation ) 1Arvv =A rvv (t=tfin) 25 Il est à noter que pour un véhicule à boîte de vitesse automatique ou à transmission à variation 2909959 12 continue, il n'y a pas d'ouverture de la chaîne de traction lors des changements de rapport, ce qui limite l'utilisation du mode de régulation en couple au seul cas du décollage. 5 Comme illustré dans la figure 5, le signal représentatif de l'accélération de consigne Acons peut également être traité de manière à améliorer l'agrément véhicule. Plus particulièrement, ce signal peut par exemple être lissé par filtrage, ce qui correspond au 10 traitement illustré en figure 5, pour limiter encore les à coups du véhicule dus par exemple au passage de jeux du moteur ou encore tout simplement pour éviter un comportement brutal du véhicule. La commande en accélération peut être utilisée sur 15 véhicule conventionnel, aussi bien que sur véhicule hybride. Elle ne dépend pas non plus de la transmission, et est aussi bien applicable qu'il s'agisse d'une boîte de vitesses manuelle, pilotée, ou encore automatique. Dans le cas d'un véhicule hybride, l'invention 20 permet d'augmenter les occurrences de récupération d'énergie puisque la décélération est alors demandée lorsque le conducteur a le pied dans la première région A de la pédale, la pédale n'ayant alors pas besoin d'être complètement relevée. Il est alors possible de piloter 25 les systèmes de récupération d'énergie plutôt que le moteur thermique dans cette région. Ceci s'explique par le fait que la commande détermine un couple à la roue à réaliser Creg pour obtenir l'accélération souhaitée Acon, Cette consigne peut ensuite 30 être librement répartie entre les organes : sur véhicule hybride, le couple Creg peut être réparti en une partie à délivrer par le moteur électrique et l'autre par le moteur thermique. Tout organe piloté agissant sur la dynamique 35 longitudinale du véhicule peut donc être chargé de générer tout ou partie du couple régulé Creg. Parmi ces organes, on peut trouver le moteur thermique, les 2909959 13 freins, un dispositif de récupération d'énergie, un moteur électrique, ou autre. La commande permet de simplifier la mise au point des véhicules. En effet, en raisonnant en accélération 5 véhicule, on paramètre directement la réponse attendue par le conducteur suite à une sollicitation de sa part. Une première version de la calibration peut donc être réalisée facilement à l'aide de l'expérience accumulée sur différents véhicules. 10 Une mise au point plus fine tenant notamment compte du moteur et de ses limites peut ensuite être réalisée en adaptant la cartographie de demande d'accélération. Cette procédure permet de modifier seulement la demande de couple faite au moteur. On limite donc les modifications 15 à apporter, et par conséquent les coûts et délais de mise au point. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un moteur de véhicule, ce véhicule comprenant une pédale dite d'accélérateur pourvue d'un capteur d'enfoncement, et des capteurs ou des estimateurs pour déterminer l'intensité (Ares) des efforts s'opposant à l'avancement du véhicule, une unité de commande du moteur reliée à ces capteurs, dans lequel les efforts (Ares) s'opposant à l'avancement du véhicule sont estimés dans l'unité de commande à partir de données issues des capteurs, ce procédé comprenant un mode de régulation en accélération (RA) dans lequel le moteur est piloté par l'unité ce commande pour délivrer un couple à la roue tel que l'accélération effective du véhicule corresponde à une valeur d'accélération de consigne (Acons) qui dépend du degré d'enfoncement de la pédale d'accélérateur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur de l'accélération de consigne (Acons) dépend 20 également de la vitesse (V) du véhicule. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un mode de régulation en vitesse (RV) est activé lorsque l'enfoncement de la pédale est représentatif d'une demande d'accélération (Acons) nulle, le moteur étant 25 alors piloté pour maintenir le véhicule à une vitesse (V, ) nscorrespondant à la vitesse (V) qu'il avait lorsque la pédale a atteint l'enfoncement correspondant à une demande d'accélération (Acons) nulle. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel 30 lorsque la pédale atteint un enfoncement correspondant à une demande d'accélération nulle, une valeur de vitesse de consigne (Vcons) est initialisée à la valeur de la vitesse effective du véhicule à cet instant, et dans lequel le moteur est ensuite piloté pour délivrer un 35 couple dépendant de l'écart entre la vitesse de consigne (VCOns) et la vitesse effective (V) du véhicule tant que la 2909959 15 pédale occupe une position correspondant à une demande d'accélération nulle. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la course de la pédale d'accélérateur est 5 décomposée en une première région (A) de faible enfoncement correspondant à une demande de ralentissement, une seconde région (B) d'enfoncement moyen correspondant à une demande d'accélération nulle, et une troisième région (C) d'enfoncement important 10 correspondant à une demande d'accélération. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel un système de récupération d'énergie du véhicule est activé lorsque la pédale occupe une position située dans la première région (A) 15 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un mode de régulation en couple (RC) est activé lorsque le véhicule a une vitesse (V) inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et/ou lorsqu'un embrayage du véhicule est ouvert, et dans lequel dans ce mode de régulation en couple (RC), le moteur est piloté pour délivrer un couple dit régulé (ACns Bo) dépendant de l'enfoncement de la pédale. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel lors du passage du mode de régulation en accélération (RA) au mode de régulation en couple (RC), le couple regulé (ACns Bo) du mode de régulation en couple est corrigée pour évoluer graduellement depuis la valeur du couple délivré par le moteur lors du passage d'un mode à l'autre, jusqu'à la valeur de couple régulé (An Bo) dépendant de l'enfoncement de la pédale. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel lors du passage du mode de régulation en couple (RC) au mode de régulation en accélération (RA), la valeur de l'accélération de consigne (A,0 ) est corrigée pour évoluer progressivement depuis la valeur de l'accélération du véhicule lors du passage d'un mode à 2909959 16 l'autre, jusqu'à la valeur de l'accélération de consigne (A,0 ) dépendant de l'enfoncement de la pédale.