Brevet FR3040504A1 — publié le 20170303

SYSTEME D'ASSERVISSEMENT DE LA POSITION D'UN ACTIONNEUR DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention concerne les systèmes d'asservissement de 5 position d'actionneurs équipant un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention a trait à la compensation des retards purs présents dans ces systèmes d'asservissement de position. [0002] L'optimisation continue des groupes motopropulseurs, notamment en vue de respecter les différentes normes antipollution et 10 d'améliorer le rendement de ces groupes, conduit à une utilisation toujours plus importante d'actionneurs dans les véhicules automobiles. A titre d'exemples d'actionneurs, on peut citer des actionneurs présents dans la boucle d'air d'un véhicule automobile tel qu'une vanne/soupape de recirculation des gaz d'échappement, couramment désignée sous 15 l'appellation vanne EGR, ou encore un papillon d'admission d'air d'un turbocompresseur. [0003] De tels actionneurs sont couramment pilotés par un calculateur d'un véhicule automobile, via le suivi d'une valeur de consigne variable. La figure 1 illustre, à titre d'exemple, l'architecture 20 globale d'un système 100 d'asservissement de position d'un actionneur 1, mise en oeuvre dans le calculateur d'un véhicule automobile. Cette architecture comprend un superviseur 2 en charge d'ordonner (flèches pointillées) les tâches suivantes : une tâche dédiée à l'acquisition de la position de l'actionneur 1, 25 réalisée par une chaine 3 d'acquisition ; une tâche allouée à une commande de l'asservissement en position de l'actionneur 1, réalisée en fonction de la position de l'actionneur 1 acquise par la chaine 3 de traitement. Cette tâche de commande est réalisée par un régulateur 4 de position, 30 implémentant une loi de commande de l'actionneur 1 ; une tâche de pilotage en puissance électrique de l'actionneur 1, élaborée par une chaine 5 de traitement, réalisée en fonction de la commande de l'asservissement en position de l'actionneur 1 précédemment établie. Suite à cette tâche de pilotage, à partir 35 d'une mesure, une information relative à la position de l'actionneur 1 est alors retournée à la chaine 3 d'acquisition (flèche 101). 3040504 2 [0004] La figure 2a illustre les performances d'asservissement en position d'un actionneur 1 de la boucle d'air d'un véhicule automobile pour un système parfait, c'est-à-dire ne présentant pas de retard pur. Sur cette figure sont illustrées deux courbes : la courbe 201 en traits pointillés épais illustre en ordonnée, en pourcentage, une consigne de position pour un actionneur 1, en fonction d'un temps en secondes représenté en abscisse ; la courbe 202 en traits pleins fins illustre en ordonnée, à la même échelle de pourcentage, la position de l'actionneur 1 en fonction du même temps en secondes représenté en abscisse. [0005] On remarque sur cette figure 2a que la position de l'actionneur 1 suit la valeur de consigne de position sans dépassement excédant les 5% et présente un temps de réponse en suivi de consigne performant. [0006] En pratique, une telle courbe est difficilement observable, du fait de l'existence d'un retard pur existant dans le système 100 d'asservissement. A titre d'exemple, en référence à la figure 1, on peut imputer ce retard pur aux cumuls de différents retards tels : les retards relatifs au superviseur 2 et à l'ordre d'exécution des tâches ; les retards générés par la chaine 3 d'acquisition et de traitement 5, les retards intrinsèques au système 100 d'asservissement de position de l'actionneur 1. Eventuellement des retards intrinsèques au système lui-même. [0007] Ainsi, à l'opposé de la figure 2a, il est fréquent en l'absence de compensation de ce retard pur, d'observer les courbes représentées sur la figure 2b. Sur cette figure sont illustrées deux courbes : - la courbe 203 en traits pointillés épais illustre en ordonnée, en pourcentage, une consigne de position pour l'actionneur 1, en fonction d'un temps en secondes représenté en abscisse ; la courbe 204 en trait plein fin illustre en ordonnée, à la même échelle de pourcentage, la position de l'actionneur 1 en fonction du même temps en secondes représenté en abscisse. [0008] On observe, sur cette figure 2b, une dégradation des performances comparé à la figure 2a, notamment la présence 3040504 3 d'oscillations autour de la valeur de consigne de position. En effet, l'absence de compensation du retard pur, pousse le régulateur 4 de position à dégrader significativement le temps de réponse en boucle fermée de l'actionneur 1, en vue de conserver des valeurs de 5 dépassement acceptables de la de consigne de position, typiquement inférieures à 5%. [0009] Un autre désavantage de l'absence de compensation de retard pur, vient du fait que la consigne de position déterminée par le calculateur, est issue d'une régulation globale de débit d'air ou de 10 pression de suralimentation dans la boucle d'air. La dégradation du temps de réponse de l'actionneur 1 impacte alors la réponse en couple du moteur du véhicule. On peut alors constater des oscillations de pression, de suralimentation, de débit d'air, ou encore des trous de couple. Une telle situation a donc un fort impact sur la dégradation de 15 l'agrément de conduite. Par ailleurs, d'un point de vue mécanique, l'occurrence d'oscillations au niveau des actionneurs 1 peut rapidement endommager ces derniers. Leurs durées de vie s'en donc voit diminuée. [0010] Pour parer à ces problèmes, une solution connue dans le domaine général de l'automatique, consiste à ajouter à un système 100 20 d'asservissement, tel celui illustré sur la figure 1, un prédicteur 6 de retard. Ce dernier a pour tâche de corriger la commande élaborée par le régulateur 4 de position, afin d'atténuer l'impact du retard pur sur la qualité de l'asservissement en position de l'actionneur 1. Pour ce faire, le prédicteur 6 de retard prend pour entrées, les entrées 102 et sorties 25 103 du régulateur 4, et élabore une compensation 104 du retard pur, qu'il retourne au régulateur 4 de position. [0011] Diverses solutions sont connues pour réaliser un prédicteur de retard dans un système d'asservissement. A titre exemple, le document FR2749613 décrit un système de régulation de la richesse du 30 mélange air-carburant dans un moteur à combustion interne, ce système comprenant un dispositif de régulation réalisé sous la forme d'un prédicteur de Smith. La structure du prédicteur de Smith décrite dans ce document s'avère, cependant particulièrement complexe à mettre en oeuvre, et demeure coûteuse en termes de charge de calcul 35 induite. Notamment, la mise en oeuvre d'une telle solution implique un réglage particulièrement complexe d'un ensemble de paramètres au niveau du calculateur embarqué dans le véhicule, un tel réglage étant 3040504 4 couteux en temps de réalisation. Plus généralement, les prédicteurs de retards existants ne sont, en l'état, pas adaptés à la commande en position pour des actionneurs équipant un véhicule automobile. [0012] Un objet de la présente invention est de parer à l'ensemble 5 des inconvénients précités. [0013] Un deuxième objet de la présente invention est de proposer un dispositif de compensation de retard pur, pour un système d'asservissement de position d'actionneurs équipant un véhicule automobile. 10 [0014] Un troisième objet de la présente invention est de minimiser la complexité de mise en oeuvre d'un dispositif de compensation de retard pur, pour un système d'asservissement de position d'actionneurs dans un véhicule automobile. [0015] Un quatrième objet de la présente invention est de piloter de 15 manière optimale la position des actionneurs dans un véhicule automobile. [0016] Ainsi, il est proposé, selon un premier aspect, un système d'asservissement de la position Y(s) d'un actionneur à une consigne de position R(s) dans un véhicule automobile, l'actionneur présentant une 20 fonction de transfert G(s) prédéterminée associée à un retard pur e-cis, s étant la variable de Laplace, d représentant le retard pur, ce système étant réalisé via : une commande de position U(s) en entrée de la fonction de transfert G(s), la position Y(s) de l'actionneur correspondant à la 25 réponse de l'actionneur à la commande de position U(s) ; la commande de position U(s) étant élaborée à l'aide d'un régulateur de type Proportionnel Dérivé, formé d'une boucle à action Proportionnelle et d'une boucle à action Dérivée, réalisées respectivement par une première et une deuxième boucle de 30 rétroaction entre la position Y(s) et des entrées soustractrices d'un premier additionneur, le régulateur réalisant une troisième boucle de rétroaction entre la position Y(s) et une entrée soustractrice d'un deuxième additionneur, le deuxième additionneur ayant pour entrée sommatrice la consigne de position R(s) ; 3040504 5 la consigne de position R(s) étant aussi utilisée comme entrée d'une boucle amplificatrice dont la sortie est connectée une entrée sommatrice du premier additionneur ; la sortie du deuxième additionneur étant utilisée comme entrée 5 d'une boucle à action Intégrale dont la sortie est connectée à une entrée sommatrice du premier additionneur, de sorte que le premier additionneur calcule en sa sortie la position U(s) en fonction de ses entrées sommatrices et soustractrices ; ce système comprenant un compensateur de retard pur dans lequel : 10 la commande de position U(s) est utilisée comme première entrée sommatrice d'un troisième additionneur et comme entrée d'un bloc de retard pur de fonction de transfert e-ci s , la sortie de ce bloc de retard pur étant utilisé comme entrée soustractrice du troisième additionneur, de sorte que le troisième additionneur calcule sa 15 sortie à partir de son entrée sommatrice et de son entrée soustractrice ; l'entrée d'un filtre passe-haut est connectée à la sortie du troisième additionneur ; l'entrée d'un amplificateur est connectée à la sortie du filtre passe- 20 haut ; la sortie de l'amplificateur correspond à un terme de compensation de retard P(s), cette sortie étant utilisée comme entrée soustractrice par le deuxième additionneur. [0017] Avantageusement, dans ce système d'asservissement, le filtre 25 passe-haut et l'amplificateur sont dimensionnés à partir d'un système du premier ordre approximant la fonction de transfert G(s) de l'actionneur, ce système présentant un gain statique k et une constante de temps ri. [0018] Avantageusement, dans ce système d'asservissement, 30 l'amplificateur a pour gain, le gain statique k. [0019] Avantageusement, dans ce système d'asservissement, le filtre passe-haut a pour fonction de transfert(T2s+i) où r2 est une constante (Tis+i) ' de temps paramétrable. [0020] Avantageusement, dans ce système d'asservissement, la 35 boucle à action Proportionnelle est associée à un gain [ parfois aussi symbolisée at ' par un bloc «s », associée à un gain kd. [0034] La boucle à action Proportionnelle et la boucle à action 20 Dérivée réalisent respectivement une première et une deuxième boucle 32, 33 de rétroaction entre la sortie du bloc 30, c'est-à-dire la position Y(s), et une entrée soustractrice « - » du premier additionneur 31. [0035] Une troisième boucle 34 de rétroaction est par ailleurs réalisée par le régulateur entre la position Y(s) et un entrée 25 soustractrice « - » d'un deuxième additionneur 35. [0036] Le deuxième additionneur 35 comprend, en outre, pour entrée sommatrice « + » la valeur de consigne de position R(s), cette valeur étant déterminée par le calculateur du véhicule automobile, en fonction par exemple de paramètres mesurés dans la boucle d'air. Cette valeur 30 de consigne de position R(s) correspond à la valeur de consigne à laquelle l'on souhaite asservir la position Y(s) de l'actionneur 1. Ainsi, la sortie du deuxième additionneur 35 correspond à la différence entre la consigne de position R(s) (sur l'entrée sommatrice « + ») et la position Y(s) de l'actionneur (sur l'entrée soustractrice « - »), c'est-à- 35 dire à une erreur de position E(s) de l'actionneur 1, où E(s) = R(s)-Y(s). 3040504 9 [0037] La valeur de consigne de position R(s) est aussi utilisée comme entrée d'une boucle 36 amplificatrice de gain kf, dont la sortie est connectée à une entrée sommatrice « + » du premier additionneur 31. 5 [0038] En outre, la sortie du deuxième additionneur 35, c'est-à-dire l'erreur de position E(s) de l'actionneur 1, sert d'entrée à une boucle 37 à action intégrale, réalisant une opération d'intégration, symbolisée par le bloc « », parfois aussi symbolisée par un bloc «l/s », associée à un gain ki. La sortie de cette boucle 37 à action intégrale est connectée à 10 une entrée sommatrice « + » du premier additionneur 31. Ainsi, en fonction de l'ensemble de ses entrées sommatrices « + » et soustractrices « - », le premier additionneur 31 détermine la commande en position U(s) à appliquer à l'actionneur 1. [0039] Les gains kf, ki, [ REVENDICATIONS1. Système d'asservissement de la position Y(s) d'un actionneur (1) à une consigne de position R(s) dans un véhicule automobile, l'actionneur (1) présentant une fonction de transfert G(s) prédéterminée associée à un retard pur e-d s , s étant la variable de Laplace, d représentant le retard pur, ce système étant réalisé via une commande de position U(s) en entrée de la fonction de transfert G(s), la position Y(s) de l'actionneur (1) correspondant à la réponse de l'actionneur (1) à la commande de position U(s) ; la commande de position U(s) étant élaborée à l'aide d'un régulateur de type Proportionnel Dérivé, formé d'une boucle à action Proportionnelle et d'une boucle à action Dérivée, réalisées respectivement par une première et une deuxième boucle (32,33) de rétroaction entre la position Y(s) et des entrées soustractrices d'un premier additionneur (31), le régulateur réalisant une troisième boucle (34) de rétroaction entre la position Y(s) et une entrée soustractrice d'un deuxième additionneur (35), le deuxième additionneur (35) ayant pour entrée sommatrice la consigne de position R(s) ; la consigne de position R(s) étant aussi utilisée comme entrée d'une boucle (36) amplificatrice dont la sortie est connectée une entrée sommatrice du premier additionneur (31) ; la sortie du deuxième additionneur (35) étant utilisée comme une entrée d'une boucle (37) à action Intégrale dont la sortie est connectée à une entrée sommatrice du premier additionneur (31), de sorte que le premier additionneur calcule en sa sortie la position U(s) en fonction de ses entrées sommatrices et soustractrices ; ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend un compensateur (50) de retard pur dans lequel la commande de position U(s) est utilisée comme première entrée sommatrice d'un troisième additionneur (41) et comme entrée d'un bloc (42) de retard pur de fonction de transfert e-d s , la sortie de ce bloc (42) de retard pur étant utilisé comme entrée soustractrice du troisième additionneur (41), de sorte que le troisième additionneur 3040504 16 (41) calcule sa sortie à partir de son entrée sommatrice et de son entrée soustractrice ; l'entrée d'un filtre (51) passe-haut est connectée à la sortie du troisième additionneur (41) ; 5 l'entrée d'un amplificateur (52) est connectée à la sortie du filtre (51) passe-haut ; la sortie de l'amplificateur (52) correspond à un terme de compensation de retard P(s), cette sortie étant utilisée comme entrée soustractrice par le deuxième additionneur (35). 10 2. Système d'asservissement selon la revendication 1, dans lequel le filtre (51) passe-haut et l'amplificateur (52) sont dimensionnés à partir d'un système du premier ordre approximant la fonction de transfert G(s) de l'actionneur (1), ce système présentant un gain statique k et une constante de temps rl. 15 3. Système d'asservissement selon la revendication 2, dans lequel l'amplificateur (52) a pour gain, le gain statique k. 4. Système d'asservissement selon les revendications 2 ou 3, dans lequel le filtre (51) passe-haut a pour fonction de transfert ((TisT2s+i) +i) ' où L. est une constante de temps paramétrable. 20 5. Système d'asservissement selon la revendication 4, dans lequel la boucle à action Proportionnelle est associée à un gain [s, la boucle (37) à action Intégrale est associée à un gain ki, la constante de temps r2 étant calibrée de sorte que r2 = i'l( . 6. Système d'asservissement selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, dans lequel l'actionneur (1) est un actionneur de la boucle d'air d'un véhicule automobile 7. Calculateur de véhicule automobile implémentant un système d'asservissement de la position d'un actionneur, réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 30 8. Véhicule automobile comprenant le calculateur de la revendication 7.