Brevet FR3012195A1 — publié le 20150424

PROCEDE DE MISE EN OEUVRE D'UNE ELECTROVANNE PNEUMATIQUE. [0001] L'invention porte sur un procédé de mise en oeuvre d'une électrovanne pneumatique délivrant une pression de sortie qui est fonction d'une tension de commande, la pression de sortie en fonction de la tension de commande comportant une zone-morte. [0002] Dans le domaine automobile, il est connu d'utiliser un actionneur électropneumatique pour actionner par exemple un turbocompresseur, une vanne de recirculation de gaz d'échappement, couramment dénommée vanne EGR, ou bien encore un doseur d'air installé sur une boucle de régulation de pression ou de débit d'air, ladite boucle étant notamment affectée à un moteur à combustion interne suralimenté équipant un véhicule automobile. L'actionneur pneumatique comprend une électrovanne pneumatique et une capsule pneumatique. L'électrovanne pneumatique est susceptible d'être proportionnelle, c'est-à-dire apte à fournir une pression de sortie qui est proportionnelle à un signal de commande. La capsule pneumatique est munie d'une tige de commande et d'un organe de rappel. L'actionneur pneumatique permet de transformer la pression de sortie de la vanne électropneumatique en un mouvement de translation de la tige de commande. La capsule pneumatique peut être reliée à l'électrovanne pneumatique par l'intermédiaire d'une conduite ou être intégrée à l'électrovanne pneumatique pour former un ensemble compact. [0003] On pourra par exemple se reporter aux documents FR2890431 ou DE4205565 qui décrivent une électrovanne pneumatique du genre susvisé. [0004] Un problème général dans le domaine réside dans le fait qu'il existe une zone de non-linéarité de la pression de sortie en fonction de la tension de commande. Une telle zone de non-linéarité est de type zone-morte pour laquelle une évolution de la tension de commande influe peu sur la pression de sortie. Une telle zone-morte comporte une dispersion de fabrication qui est importante, ce qui constitue un inconvénient supplémentaire. [0005] II est connu de compenser une telle non-linéarité mais il s'avère que fréquemment soit la non-linéarité est sous-compensée, soit la non-linéarité est surcompensée. Il en résulte une performance de régulation offerte par l'électrovanne pneumatique qui est aléatoire, ce qui est susceptible d'affecter de manière préjudiciable un agrément d'un utilisateur du véhicule automobile et/ou d'augmenter des émissions polluantes par le moteur à combustion interne. D'autre part, la zone-morte est susceptible d'évoluer dans le temps en raison d'une usure mais peut aussi évoluer en fonction d'une température de l'électrovanne pneumatique. [0006] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de mise en oeuvre d'une électrovanne pneumatique délivrant une pression de sortie qui est fonction d'une tension de commande, une représentation de la pression de sortie en fonction de la tension de commande comportant une zone-morte, un tel procédé améliorant une qualité et une précision de régulation d'un actionneur pneumatique comprenant une telle électrovanne pneumatique. [0007] Un procédé de la présente invention est un procédé de mise en oeuvre d'une électrovanne pneumatique délivrant une pression de sortie qui est fonction d'une tension de commande. La pression de sortie en fonction de la tension de commande comporte une zone-morte. [0008] Selon la présente invention, le procédé comprend une phase de détermination et de compensation de la zone-morte comprenant un calcul d'une erreur de pression d'alimentation et d'un gradient d'erreur de pression d'alimentation en boucle fermée de l'électrovanne pneumatique pour dresser un champ d'erreur de pression - gradient d'erreur de pression comportant au moins une zone critique pour laquelle une correction d'un modèle de l'électrovanne pneumatique est effectuée. [0009] Avantageusement, si un point de contrôle appartient à une première zone critique pour laquelle le gradient d'erreur de pression d'alimentation est positif et l'erreur de pression d'alimentation est négative, la zone-morte du modèle est diminuée. [0010] Avantageusement, si un point de contrôle appartient à une deuxième zone critique pour laquelle le gradient d'erreur de pression d'alimentation est positif et l'erreur de pression d'alimentation est positive, la zone-morte du modèle est augmentée. [0011] La phase de détermination et de compensation comprend préférentiellement une phase de détermination de la zone-morte à partir d'une première information relative à une consigne d'une variable à piloter, d'une deuxième information relative à une mesure de la variable à piloter et d'au moins une troisième information relative indifféremment à un régime moteur d'un moteur à combustion interne et à une température du moteur à combustion interne pour fournir une correction de la zone-morte. [0012] De préférence, la correction de la zone-morte est exploitée par le modèle de l'électrovanne pneumatique pour fournir une pression de sortie estimée. [0013] De préférence, le procédé comprend une étape de calcul d'une erreur de pression de sortie à partir d'une consigne de pression de sortie et de la pression de sortie estimée. [0014] De préférence, le procédé comprend une étape de régulation de la tension de commande à partir de l'erreur de pression de sortie pour fournir une tension de commande régulée. [0015] Une électrovanne pneumatique de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que l'électrovanne pneumatique est mise en oeuvre à partir d'un tel procédé. [0016] Un moteur à combustion interne de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le moteur à combustion interne est équipé d'une telle électrovanne pneumatique. [0017] Un véhicule automobile de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le véhicule automobile est équipé d'un tel moteur à combustion interne. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'une coupe d'un actionneur pneumatique comprenant une électrovanne pneumatique et une capsule pneumatique. [0020] La figure 2 illustre une courbe donnant une pression de sortie de l'actionneur pneumatique représenté sur la figure précédente en fonction d'une tension de commande appliquée à l'électrovanne pneumatique de l'actionneur pneumatique. [0021] La figure 3 est une illustration schématique d'une évolution d'une pression d'alimentation en fonction du temps pour une électrovanne pneumatique représentée sur la figure 1 qui comporte une zone-morte qui est surestimée. [0022] La figure 4 est une illustration schématique d'un champ de gradient d'erreur de pression d'alimentation en fonction d'une erreur de pression d'alimentation pour une électrovanne pneumatique comportant une évolution illustrée sur la figure 3. [0023] La figure 5 est une illustration schématique d'une évolution d'une pression d'alimentation en fonction du temps pour une électrovanne pneumatique représentée sur la figure 1 qui comporte une zone-morte qui est sous-estimée. [0024] La figure 6 est une illustration schématique d'un champ de gradient d'erreur de pression d'alimentation en fonction d'une erreur de pression d'alimentation pour une électrovanne pneumatique comportant une évolution illustrée sur la figure 5. [0025] La figure 7 est une illustration schématique d'une évolution d'une pression d'alimentation en fonction du temps pour une électrovanne pneumatique représentée sur la figure 1 qui comporte une zone-morte qui est correctement estimée. [0026] La figure 8 est une illustration schématique d'un champ de gradient d'erreur de pression d'alimentation en fonction d'une erreur de pression d'alimentation pour une électrovanne pneumatique comportant une évolution illustrée sur la figure 7. [0027] Dans le domaine automobile, il est courant d'utiliser un actionneur pneumatique 100 pour actionner un turbocompresseur équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, pour actionner un doseur d'air équipant une boucle de régulation de pression ou de débit d'air à l'admission du moteur à combustion interne ou pour actionner une vanne de recirculation de gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne [0028] Sur la figure 1, l'actionneur pneumatique 100 comprend une électrovanne pneumatique 1 et une capsule pneumatique 2 munie d'une tige de commande 14. L'électrovanne pneumatique 1 comprend une première sortie 13a qui est reliée à une première entrée 17a de la capsule pneumatique 2 par l'intermédiaire d'une canalisation 19. La canalisation 19 constitue un moyen de transmission d'une pression de sortie Psor de l'électrovanne pneumatique 1 à la capsule pneumatique 2. [0029] L'électrovanne pneumatique 1 comprend une chambre à vide 3 qui est portée à une pression d'alimentation Pah, La chambre à vide 3 comporte une deuxième entrée 3a qui est destinée à être connectée à une pompe à vide, non représentée sur les figures. L'électrovanne pneumatique 1 comprend aussi une chambre de sortie 13 qui à la pression de sortie Psor par l'intermédiaire de la première sortie 13a débouchant sur la canalisation 19. L'électrovanne pneumatique 1 comprend aussi une chambre annexe 12 qui est placée à une pression extérieure Pext par l'intermédiaire d'une deuxième sortie 12a qui débouche à l'extérieur de l'électrovanne pneumatique 1. [0030] L'électrovanne pneumatique 1 comprend un circuit magnétique 11 incluant un solénoïde 11a entourant un noyau magnétique mobile 9 et une connexion électrique 21 qui est destinée à recevoir une tension de commande U. C'est par cette connexion électrique 21 qu'est délivrée une consigne de tension de commande. [0031] En effet, l'actionneur pneumatique 100 sert au pilotage d'une variable de fonctionnement d'un élément à piloter. L'électrovanne pneumatique 1 reçoit un signal électrique de commande avec une consigne de tension de commande selon des paramètres de la variable de fonctionnement à piloter. L'électrovanne pneumatique 1 délivre la pression de sortie Psor qui est fonction de ladite consigne de tension de commande, la pression de sortie Psor étant transmise à la capsule pneumatique 2 et initiant un mouvement de translation de la tige de commande 14 pour le pilotage de la variable de l'élément. [0032] L'électrovanne pneumatique 1 comporte une paroi extérieure 20 qui délimite extérieurement et partiellement les différentes chambres 3,12,13. Un clapet 7 et une première membrane 5 séparent entre elles les chambres 3,12,13, la chambre annexe 12 étant à la pression extérieure Pext, la chambre de sortie 13 étant à la pression de sortie Psor et la chambre à vide 3 étant à la pression d'alimentation Pah,. De plus, un gicleur 4 sépare la chambre à vide 3 de la chambre de sortie 13. [0033] Un ressort de rappel en vidange 10 est interposé entre la paroi extérieure 20 de l'électrovanne pneumatique 1 et une première extrémité du noyau magnétique mobile 9. Entre une deuxième extrémité du noyau magnétique mobile 9 et le clapet 7, il est prévu un ressort de rappel en remplissage 8 qui est précontraint. [0034] Un circuit de débit de fuite 6 est réalisé en une partie supérieure du noyau magnétique mobile 9 de façon à permettre un débit d'air, permanent entre la chambre accessoire 12 à la pression extérieure Pext et la chambre de sortie 13 à la pression de sortie Psor, cette dernière étant toujours inférieure à la pression extérieure Pext- Le circuit de fuite 6 est relativement étroit, d'où son nom de débit de fuite. [0035] La capsule pneumatique 2 comprend deux chambres : une première chambre 17 dite de sortie à la pression de sortie Psor communiquant avec la chambre de sortie 13 de l'électrovanne pneumatique 1 par l'intermédiaire de la canalisation 19 débouchant par une première entrée 17a équipant la première chambre 17. La capsule pneumatique 2 comprend aussi une seconde chambre 15 à la pression extérieure Pext ayant une quatrième entrée 15a communiquant avec l'extérieur de l'actionneur pneumatique 100, la pression extérieure Pext étant voisine de la pression atmosphérique ou égale à cette dernière. [0036] La première chambre 17 et la seconde chambre 15 sont séparées par une deuxième membrane 16 souple. La tige de commande 14 de l'actionneur pneumatique 100 est logée à l'intérieur de la seconde chambre 15 de la capsule pneumatique 2. La tige de commande 14 présente une extrémité proximale 14b solidaire de la deuxième membrane 16 et une extrémité distale 14b, qui dépasse de la capsule pneumatique 2, pouvant être reliée à l'élément à piloter, tel que par exemple un élément de turbocompresseur, une vanne de recirculation de gaz d'échappement, couramment dénommée vanne EGR, ou analogue. Un organe de rappel 18 est logé à l'intérieur de la première chambre 17 de la capsule pneumatique 2, une partie plus ou moins importante de la tige de commande 14 restant cependant toujours à l'intérieur de la seconde chambre 15. [0037] L'électrovanne pneumatique 2 est avantageusement du type proportionnel en pression, au moins sur une certaine plage du signal de commande électrique. L'actionneur pneumatique 100 se comporte ainsi comme un système asservi en pression, la pression de sortie Psor étant proportionnelle au niveau de tension U appliquée à la connexion électrique 21. [0038] Sur la figure 2 qui montre l'évolution, en statique, de la pression de sortie Psor, en millibars ou mbars, en fonction de la tension U, en Volts, ceci pour une pression d'alimentation Pah, de 200 mbars et une pression extérieure Pext de 1 000 mbars. Cependant au démarrage pour des faibles tensions U, l'électrovanne pneumatique 2 n'est pas proportionnelle. Ceci est dû au fait que le ressort de rappel en remplissage 8 est précontraint. Pour des niveaux de tension variant de 0 à environ 2 volts, il est visible une zone morte 22, suivie par une zone de linéarité 23. [0039] Sur la figure 3, un procédé de mise en oeuvre d'un tel actionneur pneumatique 100. [0040] Le procédé comprend une première étape A de calcul d'une consigne de position CONS1 de la tige de commande 14 à partir notamment d'une première information INF1 relative à une consigne d'une variable à piloter et d'une deuxième information INF2 relative à une mesure de la variable à piloter. [0041] Le procédé comprend ensuite une deuxième étape B de calcul d'une consigne de pression de sortie CONS2 à partir de la consigne de position CONS1 de la tige de commande 14. La deuxième étape B de calcul de la consigne de pression de sortie CONS2 est fonction de paramètres intrinsèques dépendants de caractéristiques de l'actionneur pneumatique 100. [0042] Le procédé comprend ensuite une troisième étape C de calcul d'une erreur de pression de sortie ERR1 à partir de la consigne de pression de sortie CONS2 et d'une pression de sortie estimée EST. [0043] Le procédé comprend enfin une quatrième étape D de régulation de la tension de commande U à partir de l'erreur de pression de sortie ERR1 pour fournir une tension de commande régulée U'. [0044] Avantageusement, le procédé comprend également une phase de détermination et de compensation PDC de la zone-morte 22. La phase de détermination et de compensation PDC comprend une phase de détermination P1 de la zone-morte 22 à partir de la première information INF1 relative à la consigne de la variable à piloter, de la deuxième information INF2 relative à la mesure de la variable à piloter et d'au moins une troisième information INF3 relative indifféremment à un régime moteur du moteur à combustion interne, une température du moteur à combustion interne ou analogue. La phase de détermination P1 fournit une correction CORR de la zone-morte 22 qui est exploité par un modèle MOD embarqué de l'électrovanne pneumatique 1 pour fournir la pression de sortie estimée EST. [0045] Dans sa généralité, le principe de la phase de détermination et de compensation PDC de la zone-morte 22 est d'identifier une signature typique du fonctionnement de l'électrovanne pneumatique 1 dans la zone-morte 22 au cours d'un fonctionnement de cette dernière en boucle fermée. En effet, lorsque l'électrovanne pneumatique 1 se trouve en boucle fermée, l'actionneur pneumatique 100 se remplit d'air avec débit relativement faible (débit de fuite de l'électrovanne) ce qui se traduit par un comportement particulier de la variable moteur à piloter. [0046] La phase de détermination et de compensation PDC de la zone-morte 22 comprend une phase de calcul G d'un gradient d'une erreur de boucle en fonction de l'erreur de boucle elle-même pour la variable à piloter. La phase de calcul G comprend plus particulièrement un calcul d'une erreur de pression d'alimentation ERR2, puis d'un gradient d'erreur de pression d'alimentation G1 pour dresser un champ d'erreur de pression - gradient d'erreur de pression, tels que ceux représentés sur les figures 5,7 et 9. Le comportement de la variable à piloter observée sera différent selon que la taille de la zone-morte 22 du modèle d'électrovanne pneumatique 1 embarqué est sous-estimant ou surestimant. Il en résulte une compensation appropriée à partir d'une correction évitant une sous-estimation de la non-linéarité de la zone-morte 22 ou bien évitant une surestimation de cette dernière. [0047] Sur la figure 4 est représentée une évolution d'une pression d'alimentation Paiim avec une zone-morte 22 surestimée, c'est-à-dire dont la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD est supérieure à la taille de la zone-morte 22 de l'électrovanne pneumatique 1 utilisée. Dans ce cas, on observe une montée en pression qui n'a pas une dynamique cohérente à l'approche d'une consigne d'admission CONS3. Ainsi, une régulation pour assurer un passage hors zone-morte 22 de l'électrovanne pneumatique 1 est trop dynamique, ce qui entraîne une réouverture anticipée de l'électrovanne pneumatique 1. [0048] Sur la figure 5, cela se traduit par un gradient d'erreur de pression d'alimentation G1 qui est faible pour des erreurs de pression d'alimentation ERR2 relativement importantes. Plus généralement, le gradient d'erreur de pression d'alimentation G1 est positif et l'erreur de pression d'alimentation ERR2 est négative. Un point de contrôle appartenant à une première zone critique ZC1 correspond à un fonctionnement avec une ouverture anticipée de l'électrovanne pneumatique 1. A chaque passage dans la première zone critique ZC1, on diminue la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD de l'électrovanne pneumatique 1. La taille et la position de la première zone critique ZC1 dépend au moins du régime moteur et de la pression atmosphérique pour tenir compte de la modification du taux de montée en pression de la suralimentation. [0049] Sur la figure 6 est représentée une évolution d'une pression d'alimentation Paiim avec une zone-morte 22 sous-estimée, c'est-à-dire dont la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD est inférieure à la taille de la zone-morte 22 de l'électrovanne pneumatique 1 utilisée. Dans ce cas, on observe aussi une montée en pression qui n'a pas une dynamique cohérente à l'approche de la consigne d'admission CONS3. Ainsi, une régulation pour assurer un passage hors zone-morte 22 de l'électrovanne pneumatique 1 est insuffisante, ce qui entraîne une réouverture tardive de l'électrovanne pneumatique 1. Ceci entraîne une surpression trop importante. [0050] Sur la figure 7, cela se traduit par un gradient d'erreur de pression d'alimentation Paiim qui est positif et constant pour des erreurs de pression d'alimentation ERR2 positives. Un passage dans une deuxième zone critique ZC2 correspond à un fonctionnement avec une ouverture de l'électrovanne pneumatique 1 trop tardive. Si un point de contrôle appartient à la deuxième zone critique ZC2, on augmente la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD d'électrovanne pneumatique 1. La taille et la position de la deuxième zone critique ZC2 dépend aussi au moins du régime moteur et de la pression atmosphérique pour tenir compte de la modification du taux de montée en pression de la suralimentation. En effet, le gradient d'erreur de pression d'alimentation G1, qui est la signature du phénomène recherché, dépend du taux de montée de la pression de suralimentation lorsque l'électrovanne pneumatique 1 se trouve dans la zone-morte 22. [0051] Sur la figure 8 est représentée une évolution d'une pression d'alimentation Paiim une zone-morte 22 qui est correctement estimée, c'est-à-dire dont la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD est sensiblement identique à la taille de la zone-morte 22 de l'électrovanne pneumatique 1 utilisée. Dans ce cas, on observe un comportement de suralimentation attendu, avec une légère surpression vis-à-vis de la consigne d'admission CONS3 et un temps d'arrivée à la consigne d'admission CONS3 qui est réduit. [0052] Sur la figure 9, cela se traduit par un évitement d'une troisième zone critique ZC3. Dans le cas d'un tel comportement, on ne modifie pas la taille de la zone-morte 22 du modèle MOD de l'électrovanne pneumatique 1 utilisée. [0053] L'ensemble de ces dispositions sont telles que qu'une loi de commande d'un tel actionneur pneumatique 100 est faiblement dispersée. De plus, pour un moteur à combustion interne, l'agrément et les émissions polluantes sont directement liés à une qualité de régulation des actionneurs pneumatiques 100. Par ailleurs, un intérêt économique est de diminuer un temps de mise au point des moteurs à combustion interne car il n'est plus nécessaire de faire l'étude de robustesse de la dispersion de l'électrovanne pneumatique 1 sur les émissions polluantes ou l'agrément en raison des itérations décrites ci-dessus. REVENDICATIONS1. Procédé de mise en oeuvre d'une électrovanne pneumatique (1) délivrant une pression de sortie (Psor) qui est fonction d'une tension de commande (U), la pression de sortie (Psor) en fonction de la tension de commande (U) comportant une zone-morte (22), caractérisé en ce que le procédé comprend une phase de détermination et de compensation (PDC) de la zone-morte (22) comprenant un calcul d'une erreur de pression d'alimentation (ERR2) et d'un gradient d'erreur de pression d'alimentation (G1) en boucle fermée de l'électrovanne pneumatique (1) pour dresser un champ d'erreur de pression, le gradient d'erreur de pression comportant au moins une zone critique (ZC1,ZC2,ZC3) pour laquelle une correction d'un modèle (MOD) de l'électrovanne pneumatique (1) est effectuée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que si un point de contrôle appartient à une première zone critique (ZC1) pour laquelle le gradient d'erreur de pression d'alimentation (G1) est positif et l'erreur de pression d'alimentation (ERR2) est négative, la zone-morte (22) du modèle (MOD) est diminuée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que si un point de contrôle appartient à une deuxième zone critique (ZC2) pour laquelle le gradient d'erreur de pression d'alimentation (G1) est positif et l'erreur de pression d'alimentation (ERR2) est positive, la zone-morte (22) du modèle (MOD) est augmentée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de détermination et de compensation (PDC) comprend une phase de détermination (P1) de la zone-morte (22) à partir d'une première information (INF1) relative à une consigne d'une variable à piloter, d'une deuxième information (INF2) relative à une mesure de la variable à piloter et d'au moins une troisième information (INF3) relative indifféremment à un régime moteur d'un moteur à combustion interne et à une température du moteur à combustion interne pour fournir une correction (CORR) de la zone-morte (22). 5. .Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la correction (CORR) de la zone-morte (22) est exploitée par le modèle (MOD) de l'électrovanne pneumatique (1) pour fournir une pression de sortie estimée (EST). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de calcul (C) d'une erreur de pression de sortie (ERR1) à partir d'une consigne de pression de sortie (CONS2) et de la pression de sortie estimée (EST). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de régulation (D) de la tension de commande (U) à partir de l'erreur de pression de sortie (ERR1) pour fournir une tension de commande régulée (U'). 8. Electrovanne pneumatique (1) mise en oeuvre à partir d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Moteur à combustion interne équipé d'une électrovanne pneumatique (1) selon la revendication 8. 10. Véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne selon la revendication 9.