Brevet FR3012524A1 — publié le 20150501

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMPENSATION DU DECALAGE STATIQUE D'UN ACTIONNEUR DE SURALIMENTATION [0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de compensation du décalage statique de la commande électrique d'une électrovanne pilotant un actionneur dans un système de suralimentation comprenant un turbocompresseur pour un véhicule automobile. [0002] Pour des raisons de coût et de place, de tels systèmes de suralimentation utilisent des actionneurs de turbocompresseur sans mesure de position. Ces actionneurs sont souvent pilotés par une électrovanne à commande pneumatique et sont très dispersés. Les dispersions sont notamment dues au processus de fabrication des différents composants, à savoir la turbine, l'actionneur à vide ou poumon, l'électrovanne et le circuit de vide. [0003] Une des dispersions les plus contraignantes pour le contrôle de la pression de suralimentation est la présence d'un décalage statique, aussi appelé biais. Ce décalage statique est variable au niveau de la commande électrique de l'électrovanne. Pour la même commande, les électrovannes fournissent une dépression différente et de ce fait, par action de l'actionneur associé, une position de la soupape du turbocompresseur différente. [0004] Une telle imprécision conduit à un manque de robustesse du système de régulation de la pression de suralimentation et à une dégradation inacceptable de ses performances. Il est alors nécessaire de les compenser via la loi de commande au moyen d'une solution adaptée ou de le faire sur l'actionneur directement. [0005] Une action directe sur l'actionneur est cependant difficile à mettre en place car les fournisseurs de turbocompresseur ne fournissent pas l'électrovanne. Cela aurait permis d'adapter ou de compenser directement ce décalage statique à la fin de la chaîne de production comme c'est, par exemple, le cas de fournisseurs de vannes pour des systèmes de recirculation des gaz d'échappement aussi connus sous l'acronyme français RGE ou sous l'acronyme anglais de EGR. Le faire après montage des turbocompresseurs avec leur électrovanne en usine terminale serait possible mais nécessiterait des moyens et du temps supplémentaires, ce qui serait coûteux en production. [0006] Ces décalages statiques se traduisent par un terme intégral du régulateur de suralimentation en régime stabilisé différent d'un actionneur à un autre donc d'un moteur à autre. [0007] Une des solutions logicielles existantes consiste à transférer graduellement le terme intégral du régulateur dans le décalage statique d'adaptation lors d'un stabilisé de suralimentation et à le sauvegarder en mémoire à l'arrêt moteur. [0008] La solution qui consiste à transférer le terme intégral du régulateur de suralimentation en décalage statique d'adaptation lors d'un stabilisé de suralimentation se heurte au problème de la vitesse de transfert. En effet, cette solution doit intégrer à nouveau le terme intégral du régulateur. Il faut donc absolument réaliser le transfert très lentement pour ne pas créer des oscillations entre les deux intégrales. [0009] Pour des systèmes très dispersés, cette solution donne lieu à des performances de régulation de suralimentation inacceptables et fait osciller la pression de suralimentation. Cette solution est plus adaptée à des dérives très lentes dans le temps de l'actionneur ou à des décalages faibles. [0010] Le document US-A-2012/0109385 concerne le contrôle de pression d'une électrovanne hydraulique avec présence d'hystérésis. Afin de contrôler la pression, il est établi une caractéristique entre la pression et le courant de commande de l'électrovanne, la présence d'hystérésis donnant deux valeurs de courant pour une même pression. Le présent document enseigne que la commande de l'électrovanne est ajustée en fonction de l'augmentation et de la diminution de la pression. La compensation de l'hystérésis est basée sur l'utilisation du gradient de courant pour détecter le sens de variation du courant de commande. Cet enseignement vaut pour la même électrovanne dans le même moteur et n'est pas applicable en l'état à des électrovannes différentes reçues dans des moteurs différents. [0011] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est la compensation d'un décalage statique au niveau de la commande électrique d'une électrovanne d'actionneur de turbocompresseur dans un système de suralimentation équipant un moteur thermique de véhicule automobile. [0012] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de compensation du décalage statique de la commande électrique d'une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur, dans lequel il est calculé une commande de l'électrovanne selon une loi de commande à partir d'une consigne de pression de suralimentation corrigée par régulation à action Proportionnelle Intégrale Dérivée ou régulation PID, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - pendant chaque phase de stabilisé de pression de suralimentation, une étape de calcul d'un décalage statique de correction à partir de la valeur prise par le terme intégral du régulateur dit terme intégral amont et relatif à une pression, - pendant une phase de passage en pression atmosphérique, une étape de restitution du décalage statique de correction mémorisé, ce décalage statique de correction étant retranché de la commande de l'électrovanne de l'actionneur selon une loi 10 de commande. [0013] L'effet technique est d'obtenir un contrôle de la pression de suralimentation en calculant un décalage statique de correction pour l'électrovanne de l'actionneur pendant les phases de stabilisé de la pression de suralimentation à partir de la valeur prise par le terme intégral du régulateur. Cette valeur est alors sauvegardée dans une mémoire 15 volatile à la fin de chaque stabilisé. [0014] En phase atmosphérique, il est alors restitué instantanément ce décalage statique de correction dans une autre mémoire non volatile, puis il est procédé au recalage de la caractéristique statique de l'actionneur utilisée dans l'élaboration de la commande de l'électrovanne de l'actionneur du turbocompresseur. La restitution du décalage statique de 20 correction pendant le passage en phase de pression atmosphérique permet de ne pas perturber la régulation de la pression de suralimentation. [0015] Avantageusement, pour l'obtention du décalage statique de correction, il est procédé à la transformation du terme intégral amont relatif à une pression en un terme intégral aval relatif à une commande de l'électrovanne, le décalage statique de correction 25 étant calculé à partir du terme intégral aval. [0016] Avantageusement, le terme intégral aval est calculé à partir du terme intégral amont par la formule suivante : J = a I a étant adapté ou mis à jour selon la formule suivante : da 30 -dt -7EV t étant le temps, y un coefficient de convergence, V la consigne de pression de correction corrigée et c étant l'erreur définie par : e = Û-U = (a- 0(0)- V Û étant une sortie reconstruite avec : U = ao-V et Û = a-V d'où pour la loi d'adaptation ou de mise à jour de a, il est procédé à la minimisation d'un critère H(a) égal à : H(a) =;e2(a) [0017] Avantageusement, la minimisation du critère H(a) se fait par la règle de Whittaker pour laquelle : daaH .DE -dt = -7-aa= -7E-aa [0018] Avantageusement, pour chaque phase atmosphérique, le décalage statique de correction de la dernière phase de stabilisé de pression de suralimentation est sauvegardé en mémoire volatile comme décalage statique de correction actualisé. [0019] Avantageusement, pour chaque phase de stabilisé de pression de suralimentation, le terme intégral aval est ajouté au décalage statique de correction précédent pour obtenir un décalage statique de correction actualisé, ce décalage statique de correction actualisé étant sauvegardé en mémoire volatile. [0020] Avantageusement, pour chaque arrêt du moteur, le décalage statique de correction actualisé est sauvegardé en mémoire non volatile. [0021] Avantageusement, pour chaque nouveau démarrage, le décalage statique de correction sauvegardé lors du précédent arrêt du moteur est pris comme décalage statique de correction initial. [0022] L'invention concerne aussi un dispositif de compensation du décalage statique de la commande électrique d'une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur dans un système de suralimentation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, lequel comprend un régulateur PID délivrant une consigne de pression de suralimentation corrigée transmise à un module de calcul du temps imposé d'ouverture de l'électrovanne, ce module de calcul délivrant une commande de l'électrovanne selon une loi de commande, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de compensation du décalage statique délivrant un décalage statique de correction. [0023] L'invention concerne aussi un moteur thermique comprenant un système de suralimentation avec une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur, caractérisé en ce que le décalage statique de la commande de l'électrovanne est compensé conformément à un tel procédé ou par un tel dispositif de compensation. [0024] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique des étapes d'un procédé de régulation de la pression de suralimentation selon l'état de la technique, - la figure 2 est une représentation schématique des étapes d'un procédé de régulation de la pression de suralimentation selon la présente invention, avec insertion d'une étape de compensation du décalage statique dans le procédé, - la figure 3 est une représentation schématique de la loi d'adaptation ou de mise à jour du facteur a, ce facteur servant dans le calcul du décalage statique de correction, - la figure 4 est une représentation schématique du logigramme permettant la mise en oeuvre de l'étape de conversion du terme intégral aval dans le décalage statique de correction à calculer selon la présente invention. [0025] La figure 1 représente un système de régulation de la pression de suralimentation selon l'état de la technique. Une consigne R de pression de suralimentation est comparée avec une mesure de pression P de suralimentation pour en déduire une erreur E entre la consigne et la mesure de pression de suralimentation. [0026] Cette erreur E est transmise à un régulateur à action Proportionnelle Intégrale Dérivée ou régulateur PID de la pression de suralimentation, ce régulateur étant référencé 1 à la figure 1. Le régulateur 1 PID calcule une consigne de pression de suralimentation corrigée V. Cette consigne corrigée sert au calcul du temps imposé d'ouverture de l'électrovanne pour le pilotage de l'actionneur ou rapport cyclique d'ouverture aussi connu sous le diminutif RCO de commande de l'actionneur à partir de la pression de suralimentation dans un module référencé 2 à la figure 1. Il est ainsi obtenu une commande U de l'actionneur du turbocompresseur calculée par la loi de commande. [0027] Cette commande U de l'actionneur du turbocompresseur est ensuite ajoutée à un décalage statique D de l'actionneur du turbocompresseur et la somme est transmise à l'unité de commande du moteur thermique turbocompressé référencée 3 à la figure 1. Une nouvelle mesure de pression P de suralimentation peut ainsi être effectuée et est transmise en début du système de régulation de la pression de suralimentation pour réinitier le processus de régulation. [0028] La figure 2 représente l'insertion d'un dispositif de compensation du décalage statique selon la présente invention dans le système de régulation de la pression de suralimentation avec l'estimation d'un décalage statique de correction X de l'électrovanne pour le pilotage de l'actionneur du turbocompresseur, ce dispositif de compensation du décalage statique étant référencé 4 à cette figure. [0029] L'obtention du décalage statique de correction X se fait lors d'un stabilisé de pression de suralimentation en deux étapes. La première étape consiste à convertir un terme intégral amont I du régulateur de suralimentation et dont l'unité est une pression en un terme intégral aval J équivalent, dont l'unité est un rapport cyclique d'ouverture ou RCO. La deuxième étape consiste à traduire ce terme intégral J en un décalage statique de correction X. Le décalage statique de correction X est alors retranché de la somme de la commande U de l'actionneur du turbocompresseur avec le décalage statique D de l'actionneur du turbocompresseur. [0030] Lors de la première étape, pour la conversion du terme intégral amont I en un terme intégral aval J, il est considéré que la relation entre la commande U de l'actionneur du turbocompresseur calculée par la loi de commande et la consigne de pression de suralimentation corrigée V est linéaire de type : U = ao V (1) [0031] ao représente une constante inconnue et variable d'un moteur à un autre, plus précisément d'un actionneur à un autre. Il est alors utilisé une sortie reconstruite Û avec: Û = a-V (2) [0032] II est recherché alors à adapter en temps réel la valeur de a de telle sorte que l'erreur entre la sortie U et la sortie reconstruite Û soit faible. [0033] L'erreur c entre Û et U s'écrit alors : E = Û-U= oto ). V (3) [0034] Pour obtenir la loi d'adaptation ou de mise à jour de a, on minimise le critère : H(a) =;e2(a) (4) [0035] Pour ce faire, on peut utiliser la règle de Whittaker communément connue sous le nom de règle de MIT. Cette règle stipule que, pour faire en sorte que H soit faible, il est heuristiquement raisonnable de varier le paramètre a dans le sens négatif du gradient de H avec un coefficient y. Un autre mode d'optimisation par minimisation de l'erreur c est cependant aussi possible et ce qui va maintenant être décrit n'est pas limitatif. [0036] L'application de la règle de Whittaker donne l'équation suivante: da a H .DE (5) dt 7 aa 7e aa [0037] On dérive l'équation (3) par rapport à a et on l'introduit dans l'équation (5). On obtient alors la loi d'adaptation : [0038] Le coefficient y règle ici la vitesse de convergence de a et de E. Cela est illustré comme montré à la figure 3. [0039] Une fois que a est calculé, on peut convertir le terme intégral amont I du régulateur de suralimentation en un terme intégral aval J équivalent. J=a I (7) [0040] La démonstration de la convergence de cc se fait en remplaçant (3) dans (6). On obtient alors: da dt 7EV (6) da = ao)V2 (8) dt [0041] Pour résoudre cette équation différentielle, on réalise le changement de variable z = a- ao . L'équation (8) devient alors : dz_- -7ZV 2 (9) [0042] L'intégration de chaque terme de l'équation (9) en considérant les conditions initiales conduit à l'équation suivante: [0043] La solution de l'équation (8) est alors : -yf V2dt a = ao + (a(0)- ao )- e ° a converge vers ac, si f V2dt diverge quand t tend vers l'infini. En d'autres termes, V est un 0 signal à excitation persistante. Ce qui le cas de l'entrée V. [0044] La démonstration de la convergence de z se fait en remplaçant (11) dans (3), ce qui donne : 2 (12) -yf v e = (a(0)- ao )- e ° dt [0045] E converge vers 0 si l'entrée V est un signal à excitation persistante. Ce qui le cas de l'entrée V. [0046] Comme précédemment mentionné, la deuxième étape du procédé selon l'invention consiste à traduire le terme intégral aval J en un décalage statique de correction X. Ceci est montré à la figure 4 dans laquelle la référence MNV désigne la mémoire non volatile de sauvegarde du décalage statique de correction, la référence MV désigne la mémoire volatile de sauvegarde du décalage statique de correction, J le terme intégral aval issu de la conversion du terme intégral amont du régulateur de suralimentation et X(k1) ou X(k) désigne respectivement le décalage statique de correction pour l'itération k-1 ou k, ce décalage statique de correction étant retranché de la somme de la commande U de z dz t r t -yf V2dt - = -71 V-dt log = V2dt z = z0 e ° z(0) z0 0 0 (10) l'actionneur du turbocompresseur avec le décalage statique D de l'actionneur du turbocompresseur, comme il a été montré en regard de la figure 2. [0047] Comme illustré à la figure 4, cette deuxième étape consiste à : - pour un kième calcul du décalage statique, initialiser le décalage statique de correction à chaque démarrage moteur par le dernier décalage statique de correction sauvegardé X(k-1) dans une mémoire non volatile MNV. - si les conditions de fonctionnement correspondent à une phase de passage en pression atmosphérique, ce qui est illustré par la sortie « phase atmo ? oui » à la figure 4, conservation du décalage statique de correction X(k-1) précédent en mémoire volative MV avec : MV(k)=MV(k-1) et X(k)= MV(k), - si les conditions de fonctionnement ne correspondent pas à une phase de passage en pression atmosphérique mais à une phase de stabilisé de pression de suralimentation, ce qui est illustré par la sortie «stabilisé de sural ? oui » à la figure 4, conversion du terme intégral aval J en décalage statique de correction et sauvegarde dans une mémoire volatile MV d'un décalage statique de correction réactualisé avec : MV(k) = J + X(k-1) et X(k)= X(k-1), - si les conditions de fonctionnement ne correspondent ni à une phase de passage en pression atmosphérique ou à une phase de stabilisé de pression de suralimentation, ce qui est illustré par la sortie «stabilisé de sural ? non » après « phase atmo ? non » à la figure 4, conservation en mémoire volatile MV du décalage statique de correction précédent X(k-1) avec : MV(k)=MV(k-1) et X(k)= X(k-1), - sauvegarde du décalage statique de correction actualisé X(k) dans une mémoire non volatile MNV à chaque arrêt moteur avec : MNV=X(k) - sans arrêt du moteur, reprise des questionnements relatifs aux conditions de fonctionnement, c'est-à-dire fonctionnement en phase atmosphérique puis fonctionnement en phase de stabilisé de pression de suralimentation. [0048] Selon la présente invention, le décalage statique de correction réactualisé pendant une phase stabilisée n'est restitué qu'en phase de passage en pression atmosphérique. Si on sort d'une phase de stabilisé de pression de suralimentation sans revenir en phase atmosphérique, on garde le décalage statique de correction précédent soit X(k-1) à la figure 4. [0049] L'intêret de la solution procurée par la présente invention réside dans la vitesse de convergence et la facilité de mise au point. En effet, le décalage statique de correction est appris entièrement pendant la phase de stabilisé de pression de suralimentation et restitué complètement dans le décalage statique de correction pendant le passage en phase de pression atmosphérique, cela sans perturber la régulation de la pression de suralimentation. [0050] Cet avantage permet un gain en performance et en robustesse. La mise au point de la solution procurée par la présente invention est très simple et indépendante de la mise au point du régulateur de suralimentation permettant ainsi un gain de temps de mise au point. Il peut, par exemple, être envisagé d'utiliser cette solution en sortie d'usine terminale pour recaler l'actionneur du turbocompresseur comme c'est fait sur les apprentissages de butées des actionneurs d'un système RGE par exemple. [0051] De plus, la solution proposée permet d'économiser la recopie de position et la boucle locale de l'actionneur en dépit de la sévèrisation des normes anti-pollution et par conséquent les contraintes sur les performances de la régulation de suralimentation. [0052] La solution proposée est peu coûteuse en charge de calcul et peut être embarquée même pour des actionneurs avec recopie de position pour augmenter la robustesse des régulations de pression de suralimentation ou de débit d'air. Elle est par exemple intéressante aussi pour les moteurs Diesel dans une optique de suppression de la recopie de position. [0053] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS: 1. Procédé de compensation du décalage statique dans la commande électrique d'une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur, dans lequel il est calculé une commande (U) de l'électrovanne de l'actionneur selon une loi de commande à partir d'une consigne de pression de suralimentation corrigée (V) par régulation à action Proportionnelle Intégrale Dérivée ou régulation PID, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - pendant chaque phase de stabilisé de pression de suralimentation, une étape de calcul d'un décalage statique de correction (X) à partir de la valeur prise par le terme intégral du régulateur dit terme intégral amont (I) et relatif à une pression, - pendant une phase de passage en pression atmosphérique, une étape de restitution du décalage statique de correction (X) mémorisé, ce décalage statique de correction (X) étant retranché de la commande (U) de l'électrovanne selon une loi de commande. 2. Procédé de compensation selon la revendication 1, dans lequel, pour l'obtention du décalage statique de correction (X), il est procédé à la transformation du terme intégral amont (I) relatif à une pression en un terme intégral aval (J) relatif à une commande de l'électrovanne de l'actionneur, le décalage statique de correction (X) étant calculé à partir du terme intégral aval (J). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le terme intégral aval (J) est calculé à partir du terme intégral amont (I) par la formule suivante : J = a I a étant adapté ou mis à jour selon la formule suivante : da dt " t étant le temps, y un coefficient de convergence, V la consigne de pression de correction corrigée et c étant l'erreur définie par : e = Û - U = (a - ao ). V Û étant une sortie reconstruite avec : U = ao-V et Û = a-V d'où, pour la loi d'adaptation ou de mise à jour de a, il est procédé à la minimisation d'un critère H(a) égal à :1 , H(a) = 2 -E2m) 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la minimisation du critère H(a) se fait par la règle de Whittaker pour laquelle : da aH .DE -dt = -7-au= -7E-aa 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque phase atmosphérique, le décalage statique de correction (X) de la dernière phase de stabilisé de pression de suralimentation est sauvegardé en mémoire volatile comme décalage statique de correction (X) actualisé. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel pour chaque phase de stabilisé de pression de suralimentation, le terme intégral aval (J) est ajouté au décalage statique de correction précédent (X(k-1)) pour obtenir un décalage statique de correction actualisé (X(k)), ce décalage statique de correction actualisé (X(k)) étant sauvegardé en mémoire volatile. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel, pour chaque arrêt du moteur, le décalage statique de correction (X) actualisé est sauvegardé en mémoire non volatile (MNV). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, pour chaque nouveau démarrage, le décalage statique de correction (X(k-1)) sauvegardé lors du précédent arrêt du moteur est pris comme décalage statique de correction initial. 9. Dispositif de compensation du décalage statique dans la commande électrique d'une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend un régulateur PID (1) délivrant une consigne de pression de suralimentation corrigée (V) transmise à un module de calcul (2) du temps imposé d'ouverture de l'électrovanne pour la commande de l'actionneur, ce module de calcul (2) délivrant une commande (U) de l'électrovanne selon une loi de commande, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de compensation du décalage statique (4) délivrant un décalage statique de correction (X). 10. Moteur thermique comprenant un système de suralimentation avec une électrovanne pour le pilotage d'un actionneur d'un turbocompresseur, caractérisé en ce que le décalage statique de la commande de l'électrovanne est compensé conformément à un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou par un dispositif de compensation selon la revendication 9.