Brevet FR2925006A1 — publié le 20090619

"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ESTIMER UNE VALEUR DE COUPLE EN ENTREE D'UNE BOITE DE VITESSE. " L'invention se situe dans le domaine des groupes moto propulseurs de véhicules, notamment de véhicule automobiles et concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif pour estimer une valeur d'un couple en entrée d'une boîte de vitesse qui fait partie d'une chaîne de transmission du véhicule à laquelle est couplée la sortie d'un moteur. Lorsqu'un embrayage de couplage entre le moteur et la boîte de vitesse est totalement collé, le couple en entrée de boîte de vitesse est égal au couple moteur. Actuellement, cette information couple est issue de cartographies mises au point sur banc de test (banc roulant). De telles cartographies ne donnent généralement qu'une estimation grossière du couple, principalement en régime stabilisé. D'autre part, cette mise au point nécessite du temps et l'utilisation de bancs qui entraîne des coûts non négligeables. Pour améliorer les prestations de dynamique longitudinale du véhicule, particulièrement utiles pour les régimes transitoires, on peut envisager d'ajouter un capteur de couple sur l'arbre primaire de la boîte de vitesses, couplé en sortie du moteur. Le prix de revient d'un tel capteur et les modifications d'architecture électrique nécessaires ont des répercussions défavorables en termes de productivité. La demande de brevet FR0401534 décrit une stratégie de pilotage du moteur basée sur le contrôle en couple à la roue. Le conducteur via la pédale d'accélération s'attend à ce que le véhicule ait une certaine accélération et donc un certain couple à la roue. Suivant la position et la vitesse d'enfoncement de la pédale d'accélération, un asservissement commande au moteur de fournir un certain couple. Sur un moteur à essence cela signifie le pilotage du remplissage et de l'avance à l'allumage. Pour réguler la commande en couple, on peut prévoir d'obtenir l'information couple à partir d'un capteur mais, sur un véhicule de série, il est très difficile de mesurer les couples sur la chaîne de transmission. Insérer un capteur implique une modification conséquente de la mécanique, ce qui entraîne un surcoût non négligeable et une fragilisation de l'organe de transmission ou du moteur. Les couples étant difficilement mesurables, on peut prévoir d'utiliser des cartographies, mises au point sur banc. Un inconvénient est que ces cartographies ne donnent que des estimations statiques (vitesse véhicule stabilisée, régime moteur stabilisé, accélération véhicule nulle, ...). Pour remédier aux inconvénients de l'état de la technique, un objet de l'invention est un procédé pour estimer une valeur de couple en entrée d'une boîte de vitesse utilisé pour entraîner des roues de véhicule, dans lequel on mesure une vitesse de rotation en entrée de la boîte de vitesses, on capte un signal représentatif d'au moins une vitesse de roue, on calcule une valeur de rotation estimée en entrée de la boîte de vitesses en fonction dudit signal représentatif d'au moins une vitesse de roue et du couple à estimer et on calcule la valeur de couple à estimer en fonction de la vitesse de rotation mesurée en entrée de la boîte de vitesses de façon à minimiser une erreur entre les valeurs mesurées et estimées de vitesse de rotation en entrée de la boîte de vitesses. L'invention tire partie des informations déjà disponibles sur le véhicule pour obtenir les informations de vitesse de rotation du moteur, de la boîte de vitesses, ou des roues sans adjonction de capteurs spécifiques.. Avantageusement, un rapport de boîte de vitesses et/ou des coefficients de rendement sont pris en compte pour calculer au moins une valeur estimée de couple ou de vitesse. Particulièrement, la valeur de rotation estimée en entrée de la boîte de vitesses est calculée au moyen d'une fonction paramétrique d'au moins une vitesse de roue mesurée et d'une valeur estimée de couple, ladite fonction paramétrique comprenant des coefficients qui font intervenir des propriétés physiques d'une chaîne cinématique de transmission entre le moteur et la roue dont la vitesse est mesurée. Plus particulièrement, on fait intervenir un coefficient de raideur d'un arbre de transmission comme propriété physique de la chaîne cinématique de transmission. Plus particulièrement aussi, on fait intervenir un coefficient 30 d'amortissement d'arbre de transmission comme propriété physique de la chaîne cinématique de transmission. Un autre objet de l'invention est un dispositif pour estimer une valeur de couple en sortie d'un moteur utilisé pour entraîner des roues de véhicule. Le dispositif comprend d'une part des capteurs pour mesurer une vitesse de 35 rotation en entrée de la boîte de vitesses et au moins une vitesse de roue et, d'autre part, un composant comprenant un bloc correcteur agencé pour calculer la valeur de couple à estimer en fonction de la vitesse de rotation mesurée en entrée de la boîte de vitesses et un bloc modèle agencé pour calculer une valeur de rotation estimée en entrée de la boîte de vitesses en fonction d'au moins une vitesse de roue mesurée et de la valeur calculée du couple à estimer de façon à minimiser une erreur entre les valeurs mesurées et estimées de vitesse de rotation en entrée de la boîte de vitesses. Avantageusement, le bloc modèle comprend un sous bloc paramétré avec un rapport de boîte de vitesses pour calculer au moins une valeur estimée de couple ou de vitesse. Particulièrement, le bloc modèle comprend un sous bloc agencé pour appliquer un gain de fonction linéaire à au moins une vitesse de roue mesurée, la fonction linéaire comprenant des coefficients qui font intervenir des propriétés physiques d'une chaîne cinématique de transmission entre le moteur et la roue dont la vitesse est mesurée. Plus particulièrement, le gain comprend un coefficient de raideur d'un arbre de transmission. Plus particulièrement aussi, le gain comprend un coefficient d'amortissement d'arbre de transmission. Le procédé et le dispositif sont utiles pour piloter un embrayage, pour piloter une boîte de vitesse manuelle robotisée, pour contrôler un couple de moteur embrayé ou non embrayé, ou plus généralement pour piloter un moteur. L'invention sera maintenant décrite plus en détails et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un groupe moto propulseur de véhicule automobile ; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement l'architecture d'un composant du dispositif de la figure 2 ; - la figure 4 représente schématiquement la composition d'un bloc intervenant dans l'architecture de la figure 3. En référence à la figure 1, un moteur 10, par exemple un moteur thermique, délivre un couple Cmot, à une vitesse de rotation mot. Le couple moteur Cmot, et la vitesse de rotation moteur mot génèrent au travers d'un embrayage 23 respectivement un couple CAP et une vitesse de rotation AP sur l'arbre primaire 11 d'une boîte de vitesses 13. La boîte de vitesses 13 convertit le couple CAP et la vitesse de rotation AP respectivement en un couple CBV et une vitesse de rotation BV sur un arbre secondaire 12 de la boîte de vitesses 13. Le couple Ctrans et la vitesse de rotation trans qui en résulte sur un différentiel 14 en sortie de boîte, génèrent respectivement un couple CrG et une vitesse de rotation rG sur une roue gauche 5 et un couple CrD, et une vitesse de rotation rD sur une roue droite 16. En référence à la figure 2, un dispositif conforme à l'invention comprend un composant estimateur 17 qui permet de fournir une estimation du couple sur l'arbre primaire 11 transmis par un embrayage (non représenté) à la boîte de vitesses 13. Cette estimation est utile pour améliorer les prestations en dynamique longitudinale du véhicule, en termes d'agrément, de sécurité et de diagnostic. Le composant estimateur 17 utilise les capteurs et informations disponibles sur le véhicule. II reçoit en entrées, la vitesse de rotation AP sur l'arbre primaire 11, un rapport BV engagé sur la boîte de vitesses 13 et au moins un signal représentatif d'une vitesse de roue wroue_mes. Un signal peut avantageusement être la moyenne des vitesses de rotation rG sur roue gauche 5 et rD sur roue droite 16. Le signal peut aussi être estimé à partir d'une vitesse de trajectoire du véhicule donnée par exemple par un système GPS, d'une raideur tangentielle de pneu et de divers autres paramètres tels qu'un rayon de roue et/ou un rayon de courbure de trajectoire. Le composant estimateur 17 génère en sortie une estimation de couple CAP est sur l'arbre primaire 11. Le composant estimateur 17, décrit plus en détails en référence à la figure 3, et délimité par une ligne fermée discontinue, comprend un bloc 18 et un bloc 19. Le bloc 18 est un correcteur qui applique une fonction de transfert C(s) entre son entrée et sa sortie où s est l'opérateur de Lagrange qui dérive par rapport au temps toute fonction à laquelle il est appliqué. L'entrée du correcteur est la différence entre la vitesse de rotation de l'arbre primaire mesurée, AP_mes, et la vitesse de rotation de l'arbre primaire estimée, AP_est, issue du bloc 19. La sortie du bloc 18 est une estimation de couple CAP_est sur l'arbre primaire Le bloc 19 réalise un modèle simplifié du système, représenté par exemple par une fonction de transfert H(s) telle qu'une fonction paramétrique linéaire ou une fonction paramétrique non linéaire. Le bloc 19 reçoit en entrée l'estimation CAP est du couple sur l'arbre primaire et les vitesses de rotation rG et rD. Le bloc 19 génère en sortie, une vitesse de rotation estimée AP_est de l'arbre primaire. Les fonctions de transfert sont de nature dissipative en y faisant intervenir des coefficients de rendement. La fonction de transfert C(s) est dimensionnée de façon à obtenir une 5 fonction de transfert souhaitée Gdes(s) entre la valeur mesurée AP_mes et la valeur estimée AP_est de la vitesse de rotation de l'arbre primaire : C0AP est Gdes ( s) CAP mes Observant sur la figure 3 que : coAP est = H(s) C(s) \coAP mes ù coAP est) On obtient : c(s) = Gdes (s) (1 ù Gdes (s))H(s) On peut choisir librement la fonction de transfert souhaitée GdeS(s) sauf à la prendre unitaire, ce qui créerait une indétermination de la fonction C(s). Le choix d'un filtre du premier ordre avec une constante de temps 'r permet de lisser les valeurs mesurées : (s) 1 Gdes (s) = 1+2s Pour une meilleure performance, on peut adapter les paramètres lors d'un changement de rapport. La fonction de transfert H(s) exprime l'évolution de la vitesse de rotation de l'arbre primaire en fonction du couple de l'arbre primaire estimé et d'autres variables. Le choix d'un modèle allant du plus simple au plus complet résulte d'un compromis entre complétude et complexité. Un exemple de structure de modèle est donné sur la figure 4. En référence à la figure 4, le bloc 19, délimité par une ligne fermée discontinue, comprend trois sous blocs 20, 21 et 22. Le sous bloc 20 émule une fonction de transfert de la boîte de vitesses 13 permettant d'estimer un couple CBV_est de l'arbre secondaire et une vitesse AP_est de l'arbre primaire. Une façon parmi les plus simples d'estimer le couple CBV_est de l'arbre secondaire et la vitesse AP_est de l'arbre primaire en fonction d'un couple de l'arbre primaire et d'une vitesse de l'arbre secondaire estimés ou mesurés par ailleurs, est d'utiliser le rapport de démultiplication BV de la boîte de vitesses dans les relations suivantes : CBV est = PBV CAP (0AP est = PBV (Y)BV Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le couple CAP et la vitesse BV utilisés par le sous bloc 20 sont respectivement le couple estimé CAp est reçu en entrée du bloc 19 et une vitesse e)BV est reçue du sous bloc 21. La vitesse de rotation estimée e)Ap est de l'arbre primaire est transmise en sortie du bloc 19. Le sous bloc 21 reçoit en entrées le couple estimé CBV est reçu du sous bloc 20 et un couple Ctra est d'arbre de transmission estimé par le sous bloc 22. Le sous bloc 21 génère en sortie les vitesses de rotation estimées ~BV est d'arbre secondaire de la boîte de vitesses et 0t ans est d'arbre de transmission. Le sous bloc 21 émule une fonction de transfert de différentiel sur lequel on applique le 1 er principe fondamental de la dynamique pour estimer les valeurs de sortie en tenant compte de différents paramètres physiques du différentiel tels qu'une inertie Jdif, un coefficient d'amortissement kd;f et un coefficient de rapport de démultiplication du pont D. Ce qui donne par exemple : Jdif wBV est CBV est ù D Ctrans est ù kdif (J)BV est _1 estrans est D wBVest En d'autres termes : CBV est ù D Ctrans est kdif + Jdif S _1 Wtransest D C0BVest Le sous bloc 22 reçoit en entrées la vitesse de rotation estimée estrans est d'arbre de transmission et une vitesse mesurée wroue mes de roue. Le sous bloc 22 génère en sortie l'estimée de couple Ct ans est d'arbre de transmission. Le sous bloc 22 émule une expression de couple au travers des arbres de transmission. Les arbres gauche et droite ne sont pas forcément identiques (longueur différentes, raideur et amortissement différents, ...) mais on peut utiliser un modèle moyen, et le couple de transmission peut par exemple s'écrire : Ctrans est Atrans ((0trans est ù Oroue mes ) + Btrans J ((0transest (t) ù roue mes (t))dt avec Atrans : coefficient d'amortissement équivalent de l'arbre de transmission; Btrans : coefficient de raideur équivalent de l'arbre de transmission; roue_mes = ( rG_mes+ rD_mes)/2 En d'autres termes : s D . (kd~f + Jd~f . S) Par manipulations mathématiques successives des équations précédemment énoncées en références aux sous blocs 20 à 22, on obtient la fonction de transfert H(s) du bloc 19 à partir de laquelle on peut développer la fonction de transfert C(s) qui convient en tenant compte des considérations 10 précédemment énoncées. A titre d'exemple purement illustratif, on peut prendre pour un véhicule Citroën Picasso, l'expression suivante de la fonction C(s) : C(p) 0,249s4 +1226s3 +1,085.104s2 +4278s On notera avec intérêt que les fonctions de transfert ne font intervenir 15 que des grandeurs physiques intrinsèques à la chaîne de transmission allant du moteur aux roues motrices telles que la rigidité et l'amortissement de l'arbre de transmission ou l'inertie du différentiel. Ces grandeurs peuvent donc être estimées en usines et ne dépendent pas des conditions d'utilisation. Les fonctions de transfert mises en oeuvre dans l'estimateur 17 ne font pas 20 intervenir l'inertie du véhicule qui dépend de son chargement ou la résistance au roulement qui dépend de la chaussée. Dans un cas simplifié où pBV =1 et D=1, les formules précédentes s'énoncent de la façon suivante : CBV est CAP est 25 e)AP est = e)BV est CAP est ù Ctrans est Ce qui donne la relation suivante : C rk+ J S CV = B trans + A trans • S (~ ù co AP est ù (dif dif ) AP est \ AP est roue mes ) s 30 Cette dernière relation donne un calcul de la vitesse de rotation estimée (Oj est en entrée de la boîte de vitesses au moyen d'une fonction ~ T1 ù B trans + trans p . CAP est ù D • Ctransest Ctrans est s4 +7503s3 +3,364.106s2 +1,373.106s+490,5 C0AP est D kdif + Jdif • S C = B trans + A trans S (~ ù CV trans est \ AP est roue_ mes ) S linéaire de la vitesse de rotation oroue mes mesurée sur les roues et du couple estimé CAP est en entrée de la boîte de vitesses, exprimée sous la forme suivante : B trans + A trans S + S /-+ APest trans + (Atrans + k dif ) . S + dif CO = B . S - roue mes + (Atrans + k ) . S + J • S -l•~est trans trans dif dif On observe qu'en régime établi pour s=0, la vitesse de rotation estimée sur l'arbre primaire en entrée de boîte de vitesses, est égale à la vitesse de rotation des roues, bien entendu aux rapports de démultiplication près. L'intervention de propriétés physiques de la chaîne cinématique de transmission telles que le coefficient d'amortissement Atrans de l'arbre de transmission, le coefficient de raideur Btrans de l'arbre de transmission et ou l'inertie Jdif du différentiel, dans le calcul de la vitesse de rotation estimée en entrée de la boîte de vitesses, permet de tenir compte des régimes transitoires. Dans un mode de réalisation où l'estimateur 17 est un circuit numérique comprenant par exemple un processeur dédié et une mémoire, l'estimateur 17 échantillonne les vitesses de rotations mesurées d'une part sur l'arbre primaire de la boîte de vitesses et d'autre part sur les roues motrices à une fréquence f. Pour toute valeur x(t) estimée, mesurée ou calculée à un instant t dans l'estimateur 17, avantageusement l'opérateur de Laplace s est appliqué à la valeur x de la façon suivante : s .x(t) = f �x(t)-x(t-1� Par cette approche, l'invention permet de donner une estimation réaliste du couple à l'arbre primaire en n'utilisant que des informations déjà 25 disponible sur véhicule série : • rapport de boîte engagé ; • vitesse de rotation des roues. On pourrait aussi prendre la vitesse véhicule et la diviser par le rayon de roue ; • vitesse de rotation de l'arbre primaire : actuellement disponible 30 sur les BVMP (boîtes de vitesses manuel piloté/robotisé). Un autre mode de réalisation est d'utiliser des modèles, fonctions de transfert et gains non linéaires. L'information couple arbre primaire sert pour le contrôle commande du groupe moto propulseur : moteur, embrayage piloté et boîte de vitesses 35 robotisée. D'autres possibilités d'utilisation sont envisagées. Par exemple, on peut comparer l'estimation du couple obtenue au moyen de l'invention avec l'estimation du couple maximal issue d'une cartographie. S'il y a eût des modifications (tuning en anglais) non autorisées sur le moteur pour en tirer plus de puissance (to boost en anglais), ce qui fragilise le moteur, alors on pourra le détecter. Cela évitera le coût garanti pour usure prématurée du groupe moto propulseur lorsque le constructeur automobile n'est pas en cause. REVENDICATIONS 1. Procédé pour estimer une valeur de couple (CAP_est) en entrée d'une boîte de vitesse utilisé pour entraîner des roues de véhicule, dans lequel : - on mesure une vitesse de rotation ( AP_mes) en entrée de la boîte de vitesses ; - on capte un signal représentatif d'au moins une vitesse de roue ( roue_mes, rG_mes, rD_mes) , - on calcule une valeur de rotation estimée ( AP_est) en entrée de la boîte de vitesses en fonction dudit signal représentatif d'au moins une vitesse de roue et du couple à estimer ; - on calcule ladite valeur de couple à estimer en fonction de la vitesse de rotation mesurée en entrée de la boîte de vitesses de façon à minimiser une erreur entre les valeurs mesurées et estimées de vitesse de rotation en entrée de la boîte de vitesses. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un rapport de boîte de vitesses est pris en compte pour calculer au moins une valeur 20 estimée de couple ou de vitesse. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des coefficients de rendements sont pris en compte pour calculer au moins une valeur estimée de couple ou de vitesse. 25 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur de rotation estimée ( AP_est) en entrée de la boîte de vitesses est calculée au moyen d'une fonction paramétrique d'au moins une vitesse de roue mesurée et d'une valeur estimée de couple, ladite fonction paramétrique 30 comprenant des coefficients qui font intervenir des propriétés physiques d'une chaîne cinématique de transmission entre le moteur et la roue dont la vitesse est mesurée. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on fait intervenir 35 un coefficient de raideur (St-ans) d'un arbre de transmission comme propriété physique de la chaîne cinématique de transmission. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel on fait intervenir un coefficient d'amortissement (Atrans) d'arbre de transmission comme propriété physique de la chaîne cinématique de transmission. 7. Dispositif pour estimer une valeur de couple (CAP_est) en entrée d'une boîte de vitesses (13) utilisé pour entraîner des roues (15,16) de véhicule, comprenant : - des capteurs pour mesurer une vitesse de rotation ( AP_mes) en entrée de la boîte de vitesses ; - des capteurs pour mesurer au moins une vitesse de roue ( mue _mes) , - un composant (17) comprenant : - un bloc correcteur (18) agencé pour calculer ladite valeur de couple à estimer en fonction de la vitesse de rotation mesurée en entrée de la boîte de vitesses ; - un bloc modèle (19) agencé pour calculer une valeur de rotation estimée ( AP_est) en entrée de la boîte de vitesses en fonction d'au moins une vitesse de roue mesurée et de la valeur calculée du couple à estimer le bloc correcteur (18) étant agencé pour calculer ladite valeur de couple en minimisant une erreur entre les valeurs mesurées et estimées de vitesse de rotation en entrée de la boîte de vitesses. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc modèle (19) comprend un sous bloc (20) paramétré avec un rapport de boîte de vitesses (13) pour calculer au moins une valeur estimée de couple ou de vitesse. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le bloc modèle (19) comprend un sous bloc (22) agencé pour appliquer un gain de fonction à au moins une vitesse de roue mesurée, ladite fonction comprenant des coefficients qui font intervenir des propriétés physiques d'une chaîne cinématique de transmission entre le moteur et la roue dont la vitesse est mesurée. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le gain comprend un coefficient de raideur (Btrans) d'un arbre de transmission (14). 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le gain comprend un coefficient d'amortissement (Atrans) d'arbre de transmission (14). 12. Procédé utilisant le dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 pour piloter un moteur. 13. Procédé utilisant le dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 pour piloter un embrayage. 14. Procédé selon la revendication 12 utilisant le dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 pour piloter une boîte de vitesse manuelle robotisée.