Brevet FR2920831A1 — publié le 20090313

Régulation de ralenti d'un moteur notamment de véhicule automobile L'invention concerne la régulation de ralenti d'un moteur, notamment de véhicule automobile, et plus particulièrement un procédé de détermination d'un couple corrigé à appliquer à un régulateur de ralenti d'un moteur, notamment de véhicule automobile, en fonction d'un couple à appliquer optimum et d'un couple de correction à un instant donné. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un dispositif pour la commande du couple moteur d'un véhicule automobile, mettant en oeuvre ce procédé de commande et ce programme, et un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif. On a déjà proposé un système de régulation de ralenti dans le document WO-A-2006/029945. Toutefois, ce document ne tient pas compte du retard à l'application de la régulation, inévitable dans les moteurs à explosion. L'invention propose au contraire une stratégie de régulation qui tient compte notamment de ce retard. On sait que la régulation d'un régime de ralenti moteur est perturbée lorsque le couple résistant varie, que ce soit par la mise en marche ou l'arrêt d'un accessoire tel qu'un équipement de climatisation, ou par un démarrage du véhicule sur le ralenti. En ce qui concerne les démarrages sur le régime de ralenti d'un véhicule muni d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel de faible cylindrée et turbo, ils ne sont pas assez sécurisés ce qui provoque parfois des calages du moteur. Par ailleurs, les stratégies de régulation basées sur un système proportionnel-intégral privilégient une correction proportionnelle à l'écart entre le régime moteur réel et le régime à réguler. L'inconvénient est que, lorsque le régime est très bas, ce qui nécessite une grande correction, les corrections interviennent trop tardivement. En tout état de cause, ces démarrages ont par- fois du pompage dû à la difficulté de réguler. Les stratégies de régulation basées sur un système proportionnel-intégral ne corrigent pas bien non plus les embrayages tandis que le régime chute vers le régime de ralenti. Il est nécessaire d'y adjoindre une autre stratégie pour traiter cette situation. En outre, les paramètres de réglage du système de régulation à renseigner sont généralement au nombre de trois et non indépendants, le coefficient proportionnel, le coefficient intégral et le coefficient dérivé, et les valeurs de ces trois paramètres sont à renseigner pour, par exemple, six tranches de régimes, ce qui fait 18 valeurs à renseigner. Enfin, quand bien même la correction élaborée serait parfaite si elle était appliquée instantanément, le régime moteur a le temps de chuter et continue de chuter même après la première application de la correction du fait du retard à l'application inhérent à la motorisation. L'invention vise à palier ces inconvénients. Plus particulièrement, un des buts de l'invention est d'apporter une cor-rection sur le couple fourni par les gaz du moteur afin d'obtenir une régulation du régime moteur bien adaptée A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de détermination d'un couple corrigé à appliquer à un régulateur de ralenti d'un moteur, notamment de véhicule automobile, en fonction d'un couple à appliquer optimum et d'un couple de correction à un instant donné, procédé dans lequel l'élaboration du couple de correction comprend les étapes consistant à : - élaborer un couple voulu, nécessaire à l'obtention de l'accélération de la rotation du moteur voulue audit instant donné ; -estimer la variation du couple résistant à compenser ; et - déterminer le couple de correction en fonction du couple voulu et de l'estimation de la variation du couple résistant. Selon l'invention, on élabore donc une correction basée sur l'écart entre le régime à réguler et le régime réel, mais complétée par une estimation de la variation du couple résistant que l'on s'efforce de compenser dès que possible. La pleine correction est ainsi demandée dès que la pente du régime mo- teur est maximale ce qui a lieu bien avant que l'écart de régime soit maximum, d'où une réactivité améliorée. Cette correction traite en outre aussi très bien de la situation d'une prise de couple à l'embrayage tandis que le régime chute vers le régime de ralenti. Trois paramètres sont à définir en mise au point. L'un est la constante de temps du régulateur, lequel dépend beaucoup du temps retard que prend l'application de la correction, un autre est le temps retard que met naturelle-ment le moteur pour appliquer cette correction, un autre encore est le taux d'amortissement souhaité. Dans un mode de mise en oeuvre particulier, l'élaboration du couple voulu comprend une étape de détermination de l'accélération de la rotation du moteur à un instant de mesure antérieur audit instant donné d'un temps de retard d'application, et une étape de filtrage de ladite accélération. Plus particulièrement, la variation du couple résistant peut être estimée en fonction de la différence entre le couple vrai sur le moteur audit instant de mesure et le couple de correction appliqué à cet instant. Egalement dans un mode de mise en oeuvre particulier, le couple de correction est déterminé comme la somme algébrique du couple voulu et de l'estimation de la variation du couple résistant. Egalement dans un mode de mise en oeuvre particulier, le procédé selon l'invention comporte une étape d'amplification du couple de correction variable en fonction du retard à l'application de la correction. La constante de temps d'amplification est directement dépendante du temps retard et ne fait donc pas l'objet d'une mise au point. L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur, comprenant un jeu d'instructions aptes à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus lorsqu'il est exécuté par une unité de traitement informatique. L'invention a également pour objet un dispositif pour la commande du couple moteur, notamment d'un véhicule automobile, ce dispositif comprenant : - des moyens de mesure d'une grandeur représentative du déplacement en rotation du moteur ; - des moyens pour déterminer le couple vrai sur le moteur à un instant donné, à partir de ladite grandeur mesurée ; des moyens pour déterminer un couple voulu, nécessaire à l'obtention de l'accélération de la rotation du moteur voulue audit instant donné ; - des moyens pour déterminer un couple de correction en fonction du couple voulu et d'une estimation de la variation du couple résistant ; - des moyens de détermination d'une estimation de la variation du couple résistant en fonction de la différence entre le couple vrai sur le moteur audit instant et le couple de correction, déterminé à un instant antérieur audit instant donné d'un temps de retard d'application et bouclé sur les-dits moyens de détermination d'une estimation de la variation du couple résistant ; et - des moyens pour ajouter ledit couple de correction à un couple à appli- quer optimum. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre des moyens pour amplifier ledit couple de correction d'un facteur variable fonction du retard à l'application de la correction, préalablement à son addition au-dit couple à appliquer optimum. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, équipé d'un dispositif tel que décrit ci-dessus. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est schéma par blocs d'un dispositif selon l'invention, utilisant un filtre du premier ordre ; - la figure 2 est un schéma similaire à celui de la figure 1, utilisant un filtre du deuxième ordre ; - la figure 3 est un organigramme d'un programme d'ordinateur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé illustré à la figure 1; et - la figure 4 est organigramme d'un programme d'ordinateur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé illustré à la figure 2. Le moteur du véhicule automobile selon l'invention comporte un moyen adapté permettant de faire varier le couple du moteur dans un délai court, préférentiellement inférieur à 0,5 s. Ce moyen adapté de pilotage de variation de couple en un délai court peut être assuré préférentiellement en moteur thermique à essence par la variation de l'admission d'air couplée à la dégradation de l'avance à l'allumage commandée à chaque explosion, préférentiellement en moteur thermique diesel par la variation de la quantité de carburant injecté à chaque explosion, préférentiellement en moteur électrique par la variation rapide du courant des bobines de commande. Si l'on se réfère à la figure 1, le véhicule est doté d'un capteur 1 de dé-placement en rotation du moteur permettant de calculer par dérivation la vi- tesse quasi instantanée de la rotation moteur NT. Le capteur de déplacement de la rotation moteur sera assuré préférentiellement par un système comptant les dents de la couronne de démarreur, solidaire de l'arbre moteur. On décrira maintenant successivement les étapes du procédé tel que mis en oeuvre dans l'organigramme de la figure 3 : - Elaboration de l'accélération de la rotation moteur au temps T (bloc 2) Elaboration de l'accélération de la rotation moteur qu'il serait idéal d'obtenir au temps T (bloc 3) -Elaboration du couple de correction (bloc 4) - Estimation du couple résistant à compenser (bloc 5) - Amplification variable de la correction de couple (bloc 6) Elaboration de l'accélération de la rotation moteur au temps T dNvra. L'accélération de la rotation moteur dt est calculée simplement en dérivant la vitesse de rotation moteur par rapport au temps : dN dN vrai T dt dt Dans la formule (1) : • "vraiT est l'accélération vraie de la rotation du moteur mesurée au dt temps T. • NT est la vitesse instantanée de rotation du moteur mesurée au temps T. Elaboration de l'accélération de la rotation moteur qu'il serait idéal 25 d'obtenir au temps T La pente idéale du régime moteur devrait être : (1) 1 dN/dtvoul,T = z + dt (Nraiehti ù NT) (2) Dans la formule (2) : • NT est la vitesse instantanée de rotation du moteur mesurée au temps T par le capteur 1. • Nraienti est le régime auquel on veut réguler le moteur (donné au bloc 7). • T est la constante de temps de la régulation (bloc 8). II est préférentielle-ment compris entre 0,05 et 5 s. • dt est le pas de temps du calculateur de correction (bloc 9). • dN/dtvou,UT est l'accélération de la rotation moteur que l'on souhaiterait avoir au temps T. Elaboration du couple de correction Le couple de correction idéale à appliquer : Ccorrection idéaleT ù d CrésistantT + J2. T/30. dN/dtvouluT (3) Dans la formule (3) : • J2 est l'inertie tournante du moteur en kg.m2 (bloc 10). • QCrésistantT est la variation algébrique du couple résistant à l'arbre du moteur estimé au temps T dû à un accessoire ou un embrayage qui vient perturber le régime du moteur. Ce couple est calculé à l'étape ci-après (bloc 5). Estimation du couple résistant à compenser L'une des manières d'estimer le couple résistant peut être la suivante : 4CrésistantT = /2.1r/30.dN/dtvraiT ù Ccorrection idéaleT zret ù Cnatu- (4) reiT Dans la formule (4) : • J2 est l'inertie tournante du moteur en kg.m2. • Ccorrection idéaleT-Tret est la correction élaborée au temps TùTret mais appliquée au temps T au couple moteur produit par les gaz. II est calculé au bloc 4 et mémorisé pendant le temps Tret au bloc 11. • CnaturelT est le couple naturel à l'arbre du moteur estimé au bloc 12 au temps T lorsqu'il n'y a pas d'autre régulation que celle due à la baisse de régime. • ACrésistantT est la variation algébrique du couple résistant à l'arbre du moteur estimé au temps T dû à un accessoire ou un embrayage qui vient perturber le régime du moteur. dNvra'~ est l'accélération vraie de la rotation moteur mesurée par le cap- dt teur 1 au temps T. Amplification variable de la correction de couple Pour éviter une chute de régime trop importante due au retard d'application de la correction de couple, on amplifie la correction Ccorrec- tion_idéaleT de l'équation (3) en une correction variable Ccorrec- tion_idéaleT_amplifiée de la manière suivante : Dans la formule (5) : • Ccorrection_idéaleT amplifiée est la correction de couple élaborée au temps T 20 mais amplifiée pour compenser le retard de l'application. • Ccorrection idéaleT 0 est la correction de couple de l'équation (3) calculée au pas 0 au temps T sans amplification. • Ccorrection idealeT l est la correction de couple de l'équation (3) calculée au pas 1 au temps T sans amplification. Ccorrection_idéaleT amplifiée = Ccorrection_idéaleT 0 + (Ccorrection_idéaleT 1 Ccorrection idéaleT 0) dt 0-ampli + dt) (5) • Tampli est une constante (bloc 6) comprise entre 0 et Tret, elle sera préférentiellement choisie de l'ordre de 0,7*Tret• • dt est le pas de temps du calculateur de correction. • Tret est le temps retard pris pour l'application de la correction après son élaboration. Le calcul du couple résistant de la formule (4) devient alors plus précisément : ACrésistantT -J2.d/30.dN/dtvraiT ù Ccorrection_idéaleT-Tret amplifiée ù (6) Cnature!T Le couple de correction idéale amplifiée est alors appliqué au bloc 13 qui élabore le paramètre de commande adapté au type de moteur, et ce pa-10 ramètre est lui-même appliqué au moteur 14. Les figures 2 et 4 illustrent un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la pente idéale dNldtvouluT du régime moteur est élaborée par un filtre du deuxième ordre. Dans la figure 3, les blocs équivalents à ceux de la figure 1 ont reçus les mêmes références. 15 Dans ce cas, la pente idéale du régime moteur devrait être : Dans la formule (2') : • NT est la vitesse instantanée de rotation du moteur mesurée au temps T. • Nraienti est le régime auquel on veut réguler le moteur. 20 • r est la constante de temps de la régulation. Il est préférentiellement compris entre 0,05 et 5 s. 1 dN/dtvouluT 1 (Nralenti NT (2') dt+z+ 4a2 2 T dt dN l dt vouluT Pasprécédenf / dt 4a z 2 r • dt est le pas de temps du calculateur de correction. • a est le taux d'amortissement du filtre de correction. II est compris préférentiellement entre 0,05 et 5 (bloc 15). • dN/dtvouluT est l'accélération de la rotation moteur que l'on souhaiterait avoir au temps T, calculée au bloc 3'. Le reste de la régulation s'effectue comme dans le mode de réalisation des figures 1 et 2. REVENDICATIONS 1.- Procédé de détermination d'un couple corrigé à appliquer à un régulateur de ralenti d'un moteur, notamment de véhicule automobile, en fonction d'un couple à appliquer optimum et d'un couple de correction à un instant donné, caractérisé par le fait que l'élaboration du couple de correction comprend les étapes consistant à : - élaborer (3) un couple voulu, nécessaire à l'obtention de l'accélération de la rotation du moteur voulue audit instant donné ; - estimer (5) la variation du couple résistant à compenser ; et -- déterminer (4) le couple de correction en fonction du couple voulu et de l'estimation de la variation du couple résistant. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'élaboration du couple voulu comprend une étape (2) de détermination de l'accélération de la rotation du moteur à un instant de mesure antérieur audit instant donné d'un temps de retard d'application, et une étape de filtrage de ladite accélération. 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la variation du couple résistant est estimée en fonction de la différence entre le couple vrai sur le mo- teur audit instant de mesure et le couple de correction appliqué à cet instant. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans le-quel le couple de correction est déterminé comme la somme algébrique du couple voulu et de l'estimation de la variation du couple résistant. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant une étape (6) d'amplification du couple de correction variable en fonction du retard à l'application de la correction. 30 6.- Produit programme d'ordinateur, caractérisé par le fait qu'il comprend un jeu d'instructions aptes à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsqu'il est exécuté par une unité de traitement informatique.25 7.- Dispositif pour la commande du couple moteur, notamment d'un véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend : - des moyens de mesure (1) d'une grandeur représentative du déplacement en rotation du moteur ; - des moyens pour déterminer le couple vrai sur le moteur à un instant donné, à partir de ladite grandeur mesurée ; - des moyens pour déterminer un couple voulu, nécessaire à l'obtention de l'accélération de la rotation du moteur voulue audit instant donné ; - des moyens pour déterminer un couple de correction en fonction du couple voulu et d'une estimation de la variation du couple résistant ; - des moyens de détermination d'une estimation de la variation du couple résistant en fonction de la différence entre le couple vrai sur le moteur audit instant et le couple de correction, déterminé à un instant antérieur audit instant donné d'un temps de retard d'application et bouclé sur lesdits moyens de détermination d'une estimation de la variation du couple résistant ; et -des moyens pour ajouter ledit couple de correction à un couple à appliquer optimum. 8.- Dispositif selon la revendication 7, comprenant des moyens pour amplifier ledit couple de correction d'un facteur variable fonction du retard à l'application de la correction, préalablement à son addition audit couple à ap-25 pliquer optimum. 9.- Véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un dis-positif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8. 10 15 20