Brevet FR3022586A1 — publié le 20151225

- 1 - PROCEDE D'ESTIMATION DU COUPLE D'UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention se rapporte au domaine du contrôle des moteurs thermiques. Plus précisément, elle a pour objet un procédé d'estimation du couple d'un moteur thermique dans une transmission hybride de véhicule comprenant au moins un moteur thermique et une machine électrique fournissant ensemble, ou séparément, un couple thermique et un couple électrique en direction des roues du véhicule. Ce procédé est applicable à n'importe quel GMP thermique ou hybride possédant deux arbres (ou pignons) en rotation, qui doivent être synchronisés pour engager un rapport de transmission. La commande en couple d'un moteur thermique sur un véhicule hybride, ou non, est un enjeu capital pour l'amélioration des performances globales du véhicule, et son agrément de conduite. Lorsque la boîte de vitesses associée au moteur est une boîte à arbres parallèles, comportant au moins un arbre primaire, relié à une source d'énergie, et un arbre secondaire entraîné par l'arbre primaire pour transmettre le couple moteur aux roues, elle nécessite une bonne gestion du couple (thermique et/ou électrique), pour éviter d'éventuels à-coups de couple lors des reprises de couple après des changements de rapports. La maîtrise du couple moteur pendant les changements de rapports est particulièrement importante dans certaines architectures hybrides, où la synchronisation des deux arbres de boîte, avant l'engagement d'un rapport, est confiée au moteur thermique. Toutefois, la mesure de couple du moteur thermique n'est pas directement disponible sur un véhicule en roulage. Un moyen pour disposer de sa valeur, est de l'estimer (la reconstituer) indirectement à partir de mesures de la vitesse angulaire de rotation du vilebrequin. 3022586 - 2 Par la publication FR2 681 425, on connaît un procédé de mesure du couple d'un moteur thermique à combustion interne utilisant le signal produit par un capteur associé à la couronne du volant d'inertie moteur. Cette méthode permet 5 de calculer le couple gaz moyen produit par chaque combustion du mélange gazeux dans chaque cylindre du moteur. Les valeurs calculées sont utilisables pour améliorer en continu le fonctionnement du moteur, et pour en surveiller les défauts. Le calculateur du moteur est capable de 10 s'adapter aux mesures empiriques effectuées sur la couronne du volant. L'amélioration en continu des performances de combustion est mise en oeuvre par un contrôle en boucle des paramètres de combustion, qui suppose une bonne connaissance de la dynamique des systèmes de combustion, et de leurs 15 temps de réponse. Cette méthode est peu satisfaisante dans des environnements complexes, tels que les architectures hybrides, en raison des effets combinés des inerties et des frottements au sein du GMP. Chaque source motrice, moteur 20 thermique et machine électrique, possède en effet sa dynamique et son taux de réponse propre, aux instructions de pilotage. Lorsque la synchronisation des deux arbres (pignons) à accoupler est faite par le moteur thermique, ce dernier 25 doit continuer par ailleurs, à satisfaire la demande de couple du conducteur. Le système de contrôle exige alors une information très précise, sur la valeur instantanée du couple thermique. Il faut notamment que l'écart de régime entre les arbres à synchroniser arrive très rapidement dans 30 une gamme de 30 tours par minute, pour que le passage soit acceptable, avec un différentiel de régime aussi plus petit possible. La phase qui succède à l'accouplement des deux arbres (remise de couple), doit aussi être transparente, c'est-à-dire avec le moins d'à-coup de couple possible. 35 La présente invention a pour but de reconstituer un signal de couple réalisé par le moteur thermique, tenant 3022586 - 3 - compte de sa transmission aux organes de commande de passage de rapports et aux roues. Elle vise en particulier à permettre un pilotage dti régime moteur robuste en phase de synchronisation avant 5 l'engagement d'un rapport, lorsque celle-ci est assurée par le moteur thermique. Le signal de couple estimé doit être suffisaffiment précis, pour réaliser les passages de manière transparente pour les utilisateurs. Dans ce but, l'invention propose d'estimer le couple 1.0 thermique, comme la somme d'une estimation du couple total fourni par la transmission aux roues, et d'une estimation du couple résistant équivalent de la transmission. De préférence, ce procédé exploite une mesure de la vitesse du moteur thermiques la valeur de la consigne de 15 couple du moteur thermique, et la valeur du couple de Machine électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant au dessin annexé, dont la 20 figure unique illustre les principales étapes de la méthode. En appliquant le principe fondamental de la mécanique à un GMP hybride comprenant un moteur thermique et une machine électrique, on obtient le modèle dynamique suivant : pour le moteur therMique : Jih(bm =Tm -Tf;;es 25 - pour le moteur électrique : JeuiCbeu, = Tem 7« Ter: - pour la roue : J,.Ce1r =Tr- Tr"s avec - 04:1e régime du moteur thermique, - T;ii:le couple du moteur thermique, 30 - Te:le couple résistant du moteur thermique, - Jrn:l'inertie du moteur thermique, - cômi: le régime du moteur électrique, 3022586 - 4 - Tem: le couple du moteur, - Tz7: le couple résistant du moteur électrique, - l'inertie du moteur électrique, - w,.: le régime de la roue, 5 - le couple appliqué à la roue, - 175: le couple résistant appliqué à la roue (entrée exogène inconnue), - Jr: l'inertie de la roue. Le couple du moteur thermique Th est toujours une 10 ref réponse à la demande (consigne) de couple du conducteur. Si on appelle, T une constante de temps du moteur thermique, (T (comprise entre Tinin et T ), représentative de la réactivité du moteur thermique à réaliser sa consigne de couple Thef , elle peut s'écrire : 2Th = Tthref - Tth 15 Quel que soit le mode cinématique de la transmission, l'inertie globale du GMP peut se ramener au moteur thermique, en introduisant les notions « d'inertie équivalente », ou « inertie ramenée au moteur thermique » 4,m, et de couple résistant équivalent Tre 5 eg. 20 Le principe fondamental de la dynamique, appliqué à la somme des couples moteurs et résistants de la transmission, s'écrit de la façon suivante: th(15 th Tth aTein - PTerge s , où ( a ) et (/3) sont des paramètres dépendants des rapports de démultiplication de l'arbre du 25 moteur thermique jusqu'aux roues. /3 dépend en particulier des rapports de démultiplication de la boîte de vitesse, et du pont du véhicule. A partir d'une relation de ce type, on peut déterminer la valeur d'inertie équivalente de la 30 transmission ramenée au moteur thermique jeg_th. Le couple résistant équivalent peut être le couple résistant appliqué 3022586 - 5 à la roue Tres ou le couple résistant du moteur. A partir de cette équation, l'invention propose de construire un « observateur » permettant d'établir, une estimation du régime thermique 0th' une estimation T, du couple Th, appliqué Th, 5 par le moteur thermique, et une estimation Treeqs du couple résistant équivalent /z, garantissant la « robustesse » de Tth - Le procédé est illustré par la figure 1. Il permet d'estimer le couple d'un moteur thermique dans une 10 transmission hybride de véhicule comprenant au moins un moteur thermique et une machine électrique fournissant ensemble ou séparément un couple thermique Tth et un couple électrique Tm en direction des roues du véhicule. Les I-, ieqres signaux de sortie wm, Th, apparaissent sur la figure 1, 15 ainsi que l'estimation du couple total Tthtot Le couple du moteur thermique estimé T est la somme algébrique de Taitot et T, de Treeq-s Ces estimations sont produites à partir de seulement trois entrées exploitées par l'observateur : une mesure de la vitesse du moteur thermique orn,la valeur de la consigne 20 de couple du moteur thermique T.1:1, et la valeur du couple de la machine électrique T,. 1110, Mr1, k1 et k2 sont les gains à calibrer. Un premier gain M0, ou « antidérive », est affecté du signe de ,_,12-d)th la différence le) )pour être additionné au produit a.Tem. 25 Cette somme est intégrée pour donner l'estimation 63m du régime moteur avec une correction en boucle par le produit de l'intégration avec l'inverse de l'inertie équivalente Je,- th. Le terme M0 affecté du signe de (0th-03m) par l'inverse du gain k1. Ce produit est intégré, puis 30 corrigé par le résultat de l'intégration x/ En résumé, on est multiplié 3022586 - 6 obtient une estimation 0.3m du régime moteur à partir de sa mesure (Dm, en intégrant la somme du produit a.Ten, et du gain calibré M0, affecté du signe de la différence oth-6.3th' Le signe de xl est imposé au deuxième gain M1, res 5 exploité pour calculer les estimations de couple, tot ,TilietTeg dans les étapes suivantes. Le terme Mi.sign(xA est additionné à la consigne de coupleq-rej pour donner, par intégration, l'estimation du couple total i;htet . Il subit une double intégration après avoir été multiplié successivement 10 par l'inverse du gain k2 et par l'inverse de la constante de temps moteur T. L'estimation du couple résistant équivalent Treeqsest obtenue en multipliant le résultat par l'inverse du paramètre p, cité plus haut. Comme indiqué sur la figure, l'estimation du couple du moteur thermique Th est la somme de 15 l'estimation du couple total Tm et du couple résistant Th` eres. équivalent T Le procédé d'estimation du couple proposé se décompose ainsi en deux phases principales : une première phase consistant à estimer la 20 vitesse du moteur thermique ci3m, le couple appliqué total, T' et le couple résistant équivalentres et eq une deuxième phase consistant à estimer le couple appliqué du moteur thermique 4à partir du couple appliqué total ]-lot et du couple résistant équivalent Teqres - 25 Pour estimer la vitesse du moteur thermiqueci3m, le couple appliqué total îthtot et le couple résistant T:ges, équivalent l'observateur ne dispose, que de la mesure de vitesse du moteur thermique wm, de la consigne de 3022586 - 7 couple ilf,et du couple de la machine électrique T,. Dans la deuxième étape, le couple résistant équivalent T:qeses1multiplié parle paramètrep. En conclusion, l'invention propose un procédé 5 d'estimation de couple robuste, pour un véhicule équipé d'un GMP thermique ou hybride. L'observateur permet d'estimer le couple appliqué du moteur thermique Th, le couple appliqué totalth et le couple résistant équivalent '',z. Cette estimation permet de rendre l'étape suivante, d'accouplement 10 des deux arbres (remise de couple ou bascule de couple) transparente, en réduisant considérablement l'à-coup de couple. Le procédé permet notamment de mieux gérer les suivis de trajectoire du couple lors de la synchronisation de deux arbres, au moyen du moteur thermique. Enfin, la 15 convergence du régime estimé ci3m vers le régime mesuré wm, est peu sensible aux variations des paramètres du système, tels que l'inertie et le temps de réponse de l'actionneur, ou d'éventuels retards, de sorte que cet observateur est particulièrement robuste. 20 REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation du couple d'un moteur thermique dans une transmission hybride de véhicule comprenant au moins un moteur thermique et une machine électrique fournissant ensemble ou séparément un couple thermique (Tt,,) et un couple électrique (Tm) en direction des roues du véhicule, caractérisé en ce en que le couple du moteur thermique (Tm) estimé est la somme d'une estimation du couple total (ir) fourni par la transmission aux roues, et d'une estimation du couple résistant équivalent (ti7) de la transmission. 2. Prôcédé d'estimation du couple selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il exploite une mesure de la vitesse du moteur thermique (com), la valeur de la consigne de couple du moteur thermique (7",n, et la valeur du couple de machine électrique (Te). 3. Procédé d'estimation du couple selon la revendidàtion 1 ou 2, caractériàé en ce qu'on détermine une -20 valeur d'inertie équivalente de la transmission ramenée au moteur (ileçrm) à partir d'une relation du type Je? AhIrh tem Pierge3 où ( a ) et ( P ) sont des paramètres dépendants des rapports de démultiplication de l'arbre du moteur thermiqUe jusqu'aux roues. 25 4. Procédé d'estimation du couple selon la revendication 2 et 3, caractérisé en qu'on obtient une estimation (67u) du régime moteur à partir de sa mesure (co,) en intégrant la somme du produit (aZ,) et d'un gain Calibré (M0), affecté du signe de la différence (olth-dd). 30 5. Procédé d'estimation du couple selon la revendication 4, caractérisé en ce que le terme intégré est corrigé en boucle par son produit avec l'inverse de l'inertie équivalente (jeq_n). 6. Procédé d'estimation du couple selon l'une des 3022586 - 9 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte : une première phase qui consiste à estimer la vitesse du moteur thermique .("3(/0,le couple appliqué total ( 5 7-1°') et le couple résistant équivalent Teqres et une deuxième phase qui consiste à estimer le couple appliqué du moteur thermique 4à partir du couple appliqué total Tr et du couple résistant équivalent T:ges. 7. Procédé d'estimation de couple selon la 10 revendication 3 et 6, caractérisé en ce que le couple résistant équivalent(T,ri;:s) est multiplié parle paramètre (a), qui dépend des rapports de démultiplication de la boîte de vitesses et du pont du véhicule.