Brevet FR3014616A1 — publié le 20150612

La présente invention se rapporte à un procédé de régulation d'une commande d'un actionneur électrique d'une soupape permettant de dévier les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du circuit d'alimentation en fluide d'une turbine d'un turbocompresseur destinée à comprimer les gaz frais admis dans le circuit d'admission d'air dudit moteur à combustion interne. Une soupape ou obturateur de déviation des gaz d'échappement d'une turbine de turbocompresseur est également appelée « wastegate » dans le langage courant de l'homme du métier, les deux appellations étant indifféremment utilisées dans la suite du mémoire. Lorsqu'un actionneur électrique de type moteur électrique commande une telle soupape, il existe un pont en H (« H bridge » en anglais) dans le circuit de commande de la rotation du moteur électrique pour permettre à ce dernier de tourner dans les deux sens de rotation, direct ou inverse, pour ouvrir ou fermer la soupape. Par soupape, on entend ici tout obturateur mobile installé dans un conduit ou une canalisation d'échappement et permettant de régler la circulation d'un fluide dans 15 ledit conduit ou ladite canalisation, par exemple de type valve, clapet, vanne papillon, etc. Afin de déterminer la quantité de gaz d'échappement qui traverse la turbine, il est nécessaire de connaître la position de la wastegate indiquant la quantité de gaz déviée ou celle traversant la turbine par calibration. Ainsi, une une loi de contrôle du débit traversant la wastegate pour chaque position de cette dernière est établie pour un moteur 20 donné en fonction du régime de ce moteur et de la pression atmosphérique, aboutissant à une table des pressions d'air de suralimentation en fonction du régime moteur, de la pression externe, et de la position d'ouverture de la wastegate. Cette table des pressions est utilisée par l'Unité de Contrôle Electronique du moteur (ECU pour « Engine Control Unit » en anglais) pour réguler le turbocompresseur. 25 L'art antérieur enseigne une méthode d'acquisition/contrôle de la position de la wastegate par entrée analogique au moyen d'un capteur de position de cette wastegate donnant sa position dans la plage de positions de celle-ci comprise entre la fermeture et l'ouverture totale de la soupape, permettant d'accéder ainsi à la connaissance de la quantité de gaz déviée et de manière induite à la puissance / débit délivré par le 30 turbocompresseur. Un tel capteur de position fonctionne généralement sur le principe largement utilisé de la recopie de position qui donne une information de la position de la soupape au moyen d'une mesure résistive à travers une résistance électrique variable en fonction de la position de la soupape. Cette méthode de recopie de position est utilisée pour assurer un suivi de la position de la soupape en phase de régulation de la pression 35 de suralimentation. La recopie de position est également utilisée pour assurer un moyen de protection du moteur électrique de pilotage de la soupape dans des conditions de butée mécanique où le courant permanent dans le moteur pourrait alors entraîner sa détérioration. Comme indiqué plus haut, l'Unité de Contrôle Electronique du moteur a besoin de la connaissance de la position de la wastegate pour réguler le turbocompresseur, cette régulation comprenant une étape de transmission à l'actionneur électrique de cette wastegate d'une instruction de position à atteindre pour cette dernière à partir d'une position connue. Un capteur de pression de suralimentation, appelé capteur PUT - pour « Pression Upstream Throttle » en anglais) est disposé de manière connue dans le circuit d'admission en amont de la vanne papillon de régulation de l'air admis par dépression dans les cylindres, et délivre à l'Unité de Contrôle Electronique du moteur une information sur la valeur de la pression, à cet endroit, de l'air admis dans le moteur, correspondant à la pression de suralimentation. Un inconvénient du système de contrôle de la position de la wastegate tel que décrit plus haut est qu'il nécessite l'utilisation de trois broches de connexion sur l'ECU, alors qu'une tendance actuelle consiste à minimiser le nombre de telles connexions. En outre, le capteur de position représente un coût non négligeable et une source potentielle de dysfonctionnement notamment dû à l'usure ou à des contacts électriques défectueux. La présente invention propose une solution alternative à l'utilisation du capteur de position de la wastegate, en supprimant un tel capteur. Plus précisément, elle consiste en un procédé de régulation d'une commande d'un actionneur électrique d'une soupape permettant de dévier les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du circuit d'alimentation en fluide d'une turbine d'un turbocompresseur destinée à comprimer les gaz frais admis dans le circuit d'admission d'air dudit moteur à combustion interne, ledit actionneur électrique étant commandé par l'intermédiaire d'un pont en H afin de permettre un déplacement de la soupape dans le sens de sa fermeture et dans le sens de son ouverture selon que le courant traverse l'actionneur électrique dans un sens ou le sens inverse, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - Etape 1 : Déterminer une position de consigne que ladite soupape doit atteindre à partir d'une position connue de cette dernière, et un temps d'activation dudit actionneur électrique de la soupape définissant un temps de contrôle, - Etape 2 : Appliquer un signal de commande à l'actionneur électrique de ladite soupape via ledit pont en H, pendant ledit temps de contrôle pour déplacer la soupape vers ladite position de consigne, - Etape 3 : Mesurer le courant électrique qui traverse le pont en H pendant le temps de contrôle, et appliquer un facteur de correction au dit courant électrique mesuré pour obtenir le couple moteur délivré par l'actionneur électrique pendant ledit temps de contrôle, - Etape 4 : Obtenir la vitesse de déplacement de la soupape pendant ledit temps de contrôle, par intégration dudit couple moteur sur ledit temps de contrôle, - Etape 5 : Obtenir la position atteinte par la soupape à l'issue du temps de contrôle, par intégration de la vitesse sur ledit temps de contrôle, - Etape 6 : Comparer ladite position atteinte avec ladite position de consigne, - Etape 7 : Réitérer le procédé à partir de l'étape 2 jusqu'à atteindre ladite position de consigne. La présente invention permet de remplacer le capteur de position de l'art antérieur de la wastegate par une méthode qui utilise la mesure ou relecture du courant traversant le pont en H du circuit de commande de l'actionneur électrique de la wastegate, après avoir constaté que ce courant est représentatif du couple délivré par l'actionneur. La position de consigne à l'étape 1 est donnée par l'Unité de Contrôle Moteur dans le cadre de la gestion du turbocompresseur. Le temps de contrôle est également donné par exemple par l'unité de contrôle moteur et est approprié en fonction des temps d'activation de l'actionneur électrique utilisés pour la gestion du turbocompresseur de telle sorte que ce temps d'activation de contrôle est petit devant le temps d'activation total de l'actionneur pour atteindre une position de consigne à partir d'une position donnée. A l'étape 2, le signal de commande est transmis par l'Unité de Contrôle Moteur de manière connue pour activer l'actionneur via le pont en H. On détermine le couple délivré par l'actionneur électrique à l'étape 3 à partir du courant traversant le pont en H, par exemple de la manière suivante pour un 25 actionneur de type moteur électrique : Equation (1) : Jm -ddwt = Cm - Cr = Km i(t) Avec : Jm = moment d'inertie du moteur électrique ; w = vitesse de rotation du moteur électrique ; 30 Cm = couple du moteur électrique ; Cr = couple résistant, composé des forces de friction et de la force de compression d'un ressort éventuellement ; par simplicité, pour l'exposé, en première approximation, nous considérerons que ce couple résistant est négligeable devant le couple moteur Cm ; 35 Km = constante de couple moteur ; i(t) = courant traversant le pont en H (et donc le moteur électrique) pendant le temps t d'application du signal de commande du moteur. dw e'se L'équation (1) devient alors : dt La vitesse de déplacement de la soupape pendant le temps d'activation de 5 l'actionneur électrique, à l'étape 4, est obtenue par intégration dudit couple moteur sur ledit temps d'activation, de la manière suivante : w(t) = Km j°f tp i(t) Avec : tp = temps d'activation du moteur électrique, ici correspondant au temps de 10 contrôle tp. La position atteinte par la soupape à l'issue du temps d'activation, par intégration de la vitesse sur ledit temps d'activation, est obtenue à l'étape 5 de la manière suivante : PtP =tP W(t) 15 Avec : Ptp = position atteinte par la soupape à l'issue du temps d'activation de contrôle tp. Le procédé selon l'invention peut aisément être mis en oeuvre au moyen d'un logiciel implémenté par exemple dans l'Unité de Contrôle Moteur, et la mesure ou 20 relecture du courant obtenue de toutes manières connues, par exemple fournie par les composants électroniques équipant de manière conventionnelle certains ponts en H, ou par relecture du courant dans un shunt, ou encore directement par des outils connus de mesure de courant rapportés au circuit conventionnel de commande de l'actionneur électrique de la wastegate. De préférence, le procédé selon l'invention fonctionnera avec 25 un outil de mesure de courant déjà existant sur le circuit de commande de l'actionneur, par exemple en vue de la protection du pont en H afin de réduire le coût de mise en oeuvre de la présente invention. L'intégration double de l'information de courant permet d'estimer la position de la wastegate et donc permet une régulation de position de cette soupape, par exemple comme décrit plus loin selon un exemple de boucle 30 d'asservissement, sans utiliser un capteur de position de la soupape. Selon une caractéristique avantageuse, un apprentissage des butées de déplacement de ladite soupape, en positions extrêmes ouverte et fermée est réalisé au moyen d'un détecteur de seuils de courant traversant le pont en H, respectivement pour un sens et le sens inverse de déplacement de l'actionneur électrique, afin de connaître au moins une position initiale de référence de la soupape pour établir ladite position connue de cette dernière. Cette caractéristique permet de donner une position initiale de référence de la soupape par exemple dès le démarrage du moteur, et en outre de connaître les limites de déplacement de la soupape, ainsi que le temps de déplacement de l'actionneur électrique d'une position extrême à l'autre de la soupape. L'apprentissage des butées de déplacement de la soupape permet d'obtenir un repère initial de position de la soupape à partir duquel une position déterminée de consigne peut être atteinte. Selon une caractéristique avantageuse, un blocage intempestif de la soupape 10 entre lesdites positions extrêmes de fermeture et d'ouverture, ces dernières étant exclues, est détecté au moyen dudit détecteur de seuils de courant traversant le pont en H. Cette caractéristique confère au procédé une sécurité de l'actionneur électrique en cas de blocage de la soupape entre ses positions limites de fonctionnement, par exemple en coupant l'alimentation électrique de l'actionneur dans un tel cas. 15 Selon une caractéristique avantageuse, le procédé suivant l'invention comprend en outre une étape consistant à utiliser l'information de la valeur de la pression de l'air présent dans le conduit d'admission d'air du moteur à combustion interne, donnée par un capteur de pression d'air disposé en amont d'un papillon de commande du débit d'air admis dans ledit moteur, afin de vérifier si ladite position de consigne correspond à la 20 pression de suralimentation demandée par une Unité de Contrôle Electronique dudit moteur. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture qui suit d'un exemple de mode de réalisation d'un procédé de régulation selon l'invention, accompagnée des dessins annexés, exemple donné à titre illustratif non limitatif. 25 La figure unique représente un schéma d'asservissement illustrant la mise en oeuvre d'un exemple de procédé selon l'invention de régulation d'une commande d'un actionneur électrique d'une wastegate disposée de manière connue dans un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule, par exemple un véhicule automobile (non représentés). 30 Le schéma de la figure unique définit le fonctionnement d'un système de régulation de la commande d'un actionneur électrique 7 d'une soupape (non représenté) permettant de dévier les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (non représenté), du circuit d'alimentation en fluide d'une turbine d'un turbocompresseur destinée à comprimer les gaz frais admis dans le circuit d'admission d'air du moteur à 35 combustion interne. L'actionneur électrique 7 est commandé de manière connue par l'intermédiaire d'un pont en H (non représenté) afin de permettre un déplacement de la soupape dans le sens de sa fermeture et dans le sens de son ouverture selon que le courant traverse l'actionneur électrique 7 dans un sens ou le sens inverse. Le système représenté comprend deux boucles d'asservissement 1, 2 comme décrit ci-dessous. En entrée 4 du système se trouve la pression de consigne de suralimentation Psuralimc qui est demandée de manière connue par l'Unité de Contrôle 5 Electronique du moteur (non représentée, par la suite appelée ECU), en fonction d'une commande du conducteur en couple moteur, et notamment d'autres paramètres du moteur thermique, comme le régime, etc. En sortie 5 du système se trouve l'ensemble turbocompresseur et moteur thermique ou à combustion interne, le turbocompresseur agissant sur la pression de 10 suralimentation du moteur thermique. Le signal de la pression de suralimentation du moteur thermique mesurée est donné par un capteur de pression PUT, de manière connue, ce capteur étant disposé en amont d'une vanne papillon de commande du débit d'air admis dans le moteur thermique. Le signal de la pression mesurée de suralimentation du moteur thermique est 15 avantageusement utilisé dans le procédé représenté, et permet de former de manière connue la première boucle 1 d'asservissement en connectant cette information de pression sur l'entrée 4 du système afin de contrôler que la valeur de pression de suralimentation donnée par le capteur PUT dans une position atteinte par la soupape, par exemple la position de consigne I', comme expliqué ci-après, corresponde à la pression 20 de suralimentation de consigne Psural,mc requise par l'ECU suite à une demande d'un couple donné faite par le conducteur du véhicule au moyen de la pédale d'accélérateur par exemple. A cet effet, un régulateur 12, par exemple un régulateur PID comme représenté, est inséré dans la boucle 1 pour réguler la pression de suralimentation. Un modèle 8 du turbocompresseur et de la wastegate permet de manière 25 connue de faire correspondre de manière estimative une position d'ouverture de la wastegate à une pression de suralimentation donnée, par exemple une position I', de consigne d'ouverture de la wastegate pour une pression de suralimentation de P consigne - suraInc requise par l'ECU, pour un moteur donné, prenant notamment en compte le régime du moteur. 30 La deuxième boucle 2 d'asservissement est la boucle qui met essentiellement en oeuvre un exemple de procédé selon l'invention, et va maintenant être décrite ci-dessous avec l'aide de la figure unique. Comme représenté sur la figure, en entrée de la boucle 2, on trouve une position de consigne I', de la soupape ou wastegate, provenant de la sortie du régulateur 12 dans l'exemple, la sortie de la boucle 2 étant raccordée à la 35 sortie 5 de la boucle 1 d'asservissement. Selon le procédé suivant l'invention, une première étape (étape 1) consiste donc à déterminer une position I', de consigne, par exemple une position estimée au moyen d'un modèle 8 évoqué plus haut, que la soupape doit atteindre à partir d'une position connue Pref de cette dernière. La position connue Pref courante de la soupape est établie avantageusement à partir d'une position de référence connue de l'ECU par exemple par apprentissage des limites de déplacement de la soupape comme cela sera 5 expliqué plus loin. Cette position Pc de consigne constitue l'entrée 13 de la boucle 2 d'asservissement comme représenté sur la figure. On définit en outre un temps d'activation de l'actionneur électrique 7 de la soupape correspondant à un temps de contrôle tp de celui-ci nécessaire pour déplacer la soupape vers la position Pc de consigne, d'un incrément de déplacement. Le temps d'activation de contrôle tp définit la 10 périodicité du contrôle de la boucle 2, et est déterminé à partir de la caractérisation du système. Selon le procédé suivant l'invention, une deuxième étape (étape 2) consiste en ce que l'information de la position P, que doit atteindre la soupape est transmise à une électronique de commande 6 de l'actionneur 7 électrique de la soupape, dans l'exemple 15 un moteur électrique, par l'intermédiaire du pont en H (non représenté), qui active le moteur électrique pour que la soupape atteigne la position Pc de consigne, appliquant à cet effet à l'actionneur 7 un signal de commande jusqu'à atteindre la position Pc de consigne, pendant un temps d'activation par exemple multiple du temps de contrôle tp. L'électronique de commande 6 délivre de manière connue un signal de commande de 20 type PWM (pour « Pulse Width Modulation » en anglais). La soupape ou wastegate est par exemple une vanne rotative (non représentée) placée en travers d'un conduit d'échappement (non représenté), dont l'axe de rotation est actionné par le moteur électrique 7. Selon le procédé suivant l'invention, une troisième étape (étape 3) consiste en 25 ce que l'on mesure le courant électrique i(t) qui traverse le pont en H pendant le temps de contrôle tp, et on applique un facteur Km de correction 9 au courant électrique i(t) mesuré pour obtenir le couple moteur Cm délivré par l'actionneur électrique pendant le temps de contrôle tp selon le schéma de la boucle 2 représenté sur la figure. Le facteur Km de correction peut être obtenu par calibration et est affecté à un actionneur 7 électrique 30 donné. Cette troisième étape 3 de mesure est de préférence réalisée au moyen de composants électroniques équipant de manière conventionnelle certains ponts en H et gérés par l'ECU. Selon le procédé suivant l'invention, une quatrième étape (étape 4) consiste en ce que l'on obtienne la vitesse w(t) de déplacement de la soupape pendant le temps 35 de contrôle tp, par intégration 10 du couple moteur Cm sur le temps de contrôle tp, c'est-à-dire par intégration du courant i(t) sur le temps de contrôle tp comme expliqué plus haut et représenté sur la boucle 2 sur la figure. Cette quatrième étape 4 peut être obtenue au moyen d'un intégrateur mis en place par exemple dans l'ECU selon différentes méthodes d'intégration au choix, par exemple la méthode des trapèzes, à adapter en fonction du signal de commande de l'actionneur, et notamment la période d'échantillonnage du signal PWM. Selon le procédé suivant l'invention, une cinquième étape (étape 5) consiste en ce que l'on obtienne la position atteinte Ptp par la soupape à l'issue du temps de contrôle tp, par intégration 11 de la vitesse w(t) de déplacement de la soupape sur le temps de contrôle tp comme représenté sur la boucle 2 sur la figure. Cette cinquième étape 5 peut, de la même manière que la quatrième, être obtenue au moyen d'un intégrateur mis en place par exemple dans l'ECU, utilisant par exemple la méthode des trapèzes. Une fois connue la position atteinte Ptp par la soupape à l'issue du temps de contrôle tp, une sixième étape (étape 6) du procédé consiste à comparer cette position atteinte Ptp avec la position I', de consigne. Cette sixième étape 6 est par exemple 15 réalisée au moyen d'un comparateur intégré dans l'ECU. Ensuite, le procédé consiste dans une septième étape (étape 7) à réitérer les étapes 2 à 6 du procédé, décrites ci-dessus, selon la boucle 2 d'asservissement, jusqu'à ce que la soupape atteigne la position I', de consigne. De manière avantageuse, un apprentissage des butées de déplacement de la 20 soupape, en positions extrêmes ouverte et fermée est réalisé au moyen d'un détecteur de seuils de courant traversant le pont en H, respectivement pour un sens et le sens inverse de déplacement de l'actionneur 7 électrique, afin de connaître au moins une position initiale de référence de la soupape pour établir la position connue Pref de cette dernière, par exemple celle dans laquelle se trouve la soupape au moment où l'ECU envoie la 25 position I', de consigne à atteindre. Les positions de butées ouverte ou fermée de la soupape pourront être déterminées, soit par la lecture de l'augmentation du courant, soit par une information de courant de limitation atteint. L'information de courant de limitation atteint est généralement toujours intégrée dans les composants électroniques d'un pont en H de type connu. Ces positions de butées pourront avantageusement servir à recaler 30 les paramètres de la double intégration courant/vitesse/position. Dans la zone de fonctionnement de suralimentation imposée, à savoir en position intermédiaire de la soupape, c'est-à-dire dans la zone d'enclenchement de la régulation de la suralimentation du turbocompresseur, la boucle 1 de régulation en pression basée sur la mesure de la pression de suralimentation au moyen du 35 capteur PUT, permettra de recaler la position de la soupape afin d'établir la pression de suralimentation de consigne PsuralimC. De manière préférentielle, un blocage intempestif de la soupape entre ses positions extrêmes de fermeture et d'ouverture, ces dernières étant exclues, sera détecté au moyen du détecteur de seuils de courant traversant le pont en H qui est utilisé pour l'apprentissage des positions desdites positions extrêmes de fermeture et d'ouverture. Cette étape de sécurité sera avantageusement intégrée au procédé décrit, afin par exemple de transmettre un signal de défaillance de la wastegate en cas de blocage dans sa plage de fonctionnement entre ses positions extrêmes. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation d'une commande d'un actionneur électrique d'une soupape permettant de dévier les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du circuit d'alimentation en fluide d'une turbine d'un turbocompresseur destinée à comprimer les gaz frais admis dans le circuit d'admission d'air dudit moteur à combustion interne, ledit actionneur électrique étant commandé par l'intermédiaire d'un pont en H afin de permettre un déplacement de la soupape dans le sens de sa fermeture et dans le sens de son ouverture selon que le courant traverse l'actionneur électrique dans un sens ou le sens inverse, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - Etape 1 : Déterminer une position (Pu) de consigne que ladite soupape doit atteindre à partir d'une position connue (Pref) de cette dernière, et un temps d'activation dudit actionneur électrique de la soupape définissant un temps de contrôle (tp), - Etape 2 : Appliquer un signal de commande à l'actionneur électrique de ladite soupape via ledit pont en H, pendant ledit temps de contrôle (tp) pour déplacer la soupape vers ladite position de consigne, - Etape 3 : Mesurer le courant électrique [i(t)] qui traverse le pont en H pendant le temps de contrôle (tp), et appliquer un facteur (Km) de correction au dit courant électrique [i(t)] mesuré pour obtenir le couple moteur (Cm) délivré par l'actionneur électrique pendant ledit temps de contrôle (tp), - Etape 4 : Obtenir la vitesse [w(t)] de déplacement de la soupape pendant ledit temps de contrôle (tp), par intégration dudit couple moteur (Cm) sur ledit temps de contrôle (tp), - Etape 5 : Obtenir la position atteinte (Ptp) par la soupape à l'issue du temps de contrôle (tp), par intégration de la vitesse [w(t)] sur ledit temps de contrôle (tp), - Etape 6 : Comparer ladite position atteinte (Ptp) avec ladite position (Pu) de consigne, - Etape 7 : Réitérer le procédé à partir de l'étape 2 jusqu'à atteindre ladite position (Pu) de consigne. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un apprentissage des butées de déplacement de ladite soupape, en positions extrêmes ouverte et fermée est réalisé au moyen d'un détecteur de seuils de courant traversant le pont en H, respectivement pour un sens et le sens inverse de déplacement de l'actionneur électrique, afin de connaître aumoins une position initiale de référence de la soupape pour établir ladite position connue (Pref) de cette dernière. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel un blocage intempestif de la soupape entre lesdites positions extrêmes de fermeture et d'ouverture, ces dernières 5 étant exclues, est détecté au moyen dudit détecteur de seuils de courant traversant le pont en H. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape consistant à utiliser l'information de la valeur de la pression de l'air présent dans le conduit d'admission d'air du moteur à combustion interne, donnée par un 10 capteur (PUT) de pression d'air disposé en amont d'un papillon de commande du débit d'air admis dans ledit moteur, afin de vérifier si ladite position de consigne (Pu) correspond à la pression de suralimentation (P surali,c) demandée par une Unité de Contrôle Electronique dudit moteur.