Brevet FR3047714A1 — publié le 20170818

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION D'UNE CONSIGNE DE COUPLE POUR MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne le contrôle des groupes motopropulseurs pour véhicule automobile. Le contrôle moteur est la technique de gestion d'un moteur avec l'ensemble de ses capteurs, de son électronique et de son logiciel de commande. Actuellement, l' ensemble des lois de contrôle commande et des paramètres de caractérisation d'un moteur sont contenus dans un calculateur appelé unité de contrôle électronique. Sur un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne, le contrôle moteur permet d'interpréter la volonté du conducteur qui appuie sur la pédale d'accélérateur en une consigne de couple. Cette consigne de couple est ensuite traduite en grandeurs caractérisant le fonctionnement du moteur comme le débit d'air, le débit de carburant, et l'avance à l'allumage. Ces grandeurs sont contrôlées par un ensemble d'actionneurs comme par exemple les volets d'air, les bougies d'allumage et les injecteurs qui sont pilotés par le calculateur. Le couple du moteur à combustion interne est enfin transmis aux roues par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses, manuelle ou automatique. Cet ensemble d'organes électromécaniques qui assure la transmission de la consigne de couple donnée par le conducteur aux roues est appelée chaîne de traction. Cette chaîne de traction, comme tous les systèmes physiques, est définie par un ensemble de grandeurs caractéristiques qui sont des inerties, des frottements, des jeux et des raideurs ainsi que les temps de réaction de l'unité de contrôle électronique et des actionneurs. Ces grandeurs définissent le comportement dynamique de la chaîne de traction et ont un impact sur le comportement du véhicule en ce qui concerne les variations de la consigne de couple du conducteur, ce qui génère des oscillations du régime moteur et des chocs dans la transmission. 3047714 2 La première cause de variation du régime moteur observée provient du rattrapage des jeux de transmission et du basculement du moteur dus aux jeux élastiques sur les supports du moteur. Elle est également perçue par le conducteur du véhicule comme un choc 5 lorsque ce dernier pose son pied sur la pédale d'accélérateur. L'invention porte ainsi sur un procédé de commande d'une chaîne de traction dotée d'un moteur à combustion interne ou électrique qui a pour objectif de limiter les effets indésirables pour le conducteur dus aux jeux de transmissions et au basculement du 10 moteur, de manière robuste et durable. La présente invention a donc pour objet un procédé de correction de la consigne de couple d'un moteur d'un véhicule automobile pour atténuer les effets consécutifs au basculement du moteur et aux jeux dans le système de transmission du véhicule 15 automobile, comprenant les étapes de : - normalisation d'une variation de couple demandée par le conducteur ; - détermination d'une consigne de variation d'accélération à partir d'un réglage souhaité ; 20 - calcul d'un temps de filtrage ; et - filtrage de la demande de couple à partir du temps de filtrage calculé, de la variation de couple demandée normalisée et de la consigne de variation d'accélération. La première étape comprend la transposition de la variation de 25 couple demandée par le conducteur en une accélération normalisée, comprise entre -1 et 1. Cette accélération normalisée correspond à l'écart de force à la roue entre la demande du conducteur et la réponse filtrée que divise l'écart maximal de force possible 4F au régime actuel du moteur. 30 L'accélération normalisée est calculée à partir de l'équation suivante : Force demandée - Force filtrée Accélération normalisée - Force max- Force min 3047714 3 où Forcemax- Forcemin =4F est l'écart maximal de force possible au régime actuel du moteur ; Force demandée est une valeur de variation de couple demandée par le conducteur ; et Force filtrée est une valeur de force filtrée. Cette force filtrée correspond à la force filtrée en 5 sortie de la stratégie de correction de consigne de couple, au pas de calcul précédent. Selon une autre caractéristique, l'étape de calcul d'une variation de couple demandée par le conducteur comprend un calcul d'une correction de l'accélération normalisée à partir de la relation : 10 d(Accélération normalisée) Acc normalisée torr = Accélération normalisée + G * dt où G est un gain paramétrable. La seconde étape comporte la détermination de la consigne de 15 variation d'accélération à partir d'un réglage voulu. Selon un mode de réalisation, cette étape de détermination de la consigne de variation d'accélération, aussi appelée consigne de Jerk, comprend une phase où l'on calibre expérimentalement une cartographie. 20 A partir de l'accélération normalisée et de la cartographie pré calibrée, on détermine la variation d'accélération à appliquer pour la réponse du système. Cette variation d'accélération influe sur la réactivité du moteur et sur le filtrage du couple demandé. La cartographie est calibrée de telle sorte que plus l'accélération 25 normalisée est proche de ses valeurs limites, notamment -1 ou 1, plus la pédale d'accélération est soit fortement enfoncée, soit subitement relâchée. Inversement, si l'accélération normalisée est proche de 0, la pédale d'accélération est faiblement enfoncée, et la variation 30 d'accélération est relativement faible. La troisième étape comprend une conversion de la consigne de variation d'accélération en temps de filtrage. 3047714 4 Durant la troisième étape, on calcule la valeur du temps de filtrage à partir de la consigne de variation d'accélération, de la masse du véhicule, de la pente de la route et de l'écart entre la force demandée et la force filtrée. Pour établir un temps de filtrage, on 5 dissocie le cas d'un véhicule durant une accélération, et le cas d'un véhicule en décélération. Dans le cas d'une accélération, le temps de filtrage se calcule grâce à la formule suivante : (1- e-')* (Force demandée - Force filtrée) Temps de filtrage accélération = Consigne Jerk * Masse * (1+ sin a) 10 Dans le cas d'une décélération, le temps de filtrage se calcule grâce à la formule suivante : Consigne Jerk * Masse * (1- sin a) 15 où la consigne de Jerk est la consigne de variation d'accélération calculée à l'étape de détermination de ladite consigne de variation d'accélération ; la masse est la valeur donnée spécifique au véhicule ; et la pente de la route a est en radian. Le temps de filtrage est donc variable au cours du temps. Plus 20 la consigne de Jerk, c'est-à-dire la consigne de variation d'accélération, est importante, plus la valeur du temps de filtrage est faible. De manière analogue, plus la consigne de variation d'accélération est faible, plus le temps de filtrage est grand. La dernière étape comprend une application de la constante de 25 temps calculée à l'étape de conversion de la consigne de variation d'accélération en temps de filtrage dans le filtre. Cette phase comprend une étape de filtrage de la force demandée au moyen d'un filtre passe bas du premier ordre donné par sa fonction de transfert H(z): 30 H(z) = Ts 1-e T Ts 1 - * e T (1- e-')* (Force demandée - Force filtrée) Temps de filtrage décélération = 3047714 5 où Ts est une période d'échantillonnage ; T est un temps de filtrage en cas d'accélération ou de décélération ; et z est la transformée de Laplace discrétisée. Selon un mode de réalisation de l'invention, on prend en 5 compte les caractéristiques du véhicule, notamment les performances du moteur et les efforts résistants à l'avancement. L'invention a également pour objet un dispositif de correction de la consigne de couple d'un moteur d'un véhicule automobile configuré pour atténuer les effets consécutifs au basculement du 10 moteur et aux jeux dans le système de transmission du véhicule automobile mettant en oeuvre le procédé tel que défini ci-dessus, ledit dispositif comprenant une unité de contrôle électronique reliée à des moyens de mesure de la masse du véhicule et de la pente de la route, et étant capable d'interpréter la volonté du conducteur et de la traduire 15 en consigne de couple. Ce dispositif est en outre en outre adapté pour être implémenté sur un véhicule thermique, hybride ou électrique. Il est ainsi possible de prendre en compte la masse du véhicule, les performances du moteur et les efforts résistants à l'avancement 20 pour déterminer une consigne de couple au moteur. Grâce à ces caractéristiques, il est plus facile d'implémenter ce procédé car on manipule une variable concrète et possédant un faible niveau de dépendance vis-à-vis des états d'accélération ou de décélération, des états de la chaîne cinématique, du rapport de boîte de 25 vitesse et du régime moteur. L'invention permet, par ailleurs, un meilleur compromis entre la réactivité de la réalisation du couple et le filtrage de la demande de couple. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma fonctionnel d'un procédé selon l'invention ; 3047714 6 - la figure 2 illustre un schéma fonctionnel détaillant l'étape de correction de l'accélération normalisée ; - la figure 3 représente un schéma bloc d'une chaîne de traction d'un véhicule automobile. 5 On se réfèrera tout d'abord à la figure 1 qui illustre schématiquement un procédé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, un mode de réalisation de l'invention permettant de réaliser la filtration de la demande de couple 10 du conducteur nécessite des variables en entrée, en particulier la valeur « Fdemandée » 1 représentative de la demande de couple par le conducteur, la valeur « Régime » 2 représentative du régime moteur, la valeur « Rapport engagé » 3 représentative du rapport de vitesse engagé, la valeur « Pente » 4 représentative de la pente de la route et 15 la valeur « Masse » 5 représentative de la masse du véhicule. La figure 1 illustre un procédé, qui comprend une valeur finale « Ffiltrée » 6 représentative d'une consigne de couple filtrée. L'étape de normalisation comprend la normalisation de la valeur de variation de couple demandée par le conducteur 1 en une 20 accélération normalisée au moyen des valeurs de régime 2, de la valeur de rapport engagé 3, du rayon de roue 7 du véhicule, et d'une cartographie pré calibrée 8. Une étape intermédiaire permet de calculer l'écart de force maximal au régime actuel correspondant à la valeur Fmax-Frnin 9. 25 La valeur d'accélération normalisée 10 est alors calculée à partir de la relation suivante : Accélération normalisée . Fdemandée - Force _ filtrée Force max- Force min 30 Comme on le voit sur la figure 2, une autre étape intermédiaire comporte une correction de l'accélération normalisée 10 à partir de la formule suivante : 3047714 7 Acc normalisée torr = Accélération normalisée + G * d (Accélération _normalisée) dt La valeur d'accélération normalisée non corrigée 11 est corrigée au moyen d'un dérivateur 12, d'un saturateur négatif 13, d'un 5 gain négatif 14, et d'un saturateur positif 15. Selon que l'on soit en phase d'accélération ou de décélération, l'accélération normalisée non corrigée 11 est respectivement soit positive, soit négative. Un switch 16, c'est-à-dire une instruction qui permet d'effectuer un branchement à partir de la valeur d'une variable, 10 permet de distinguer ces deux cas en n'appliquant la correction sur l'accélération normalisée non corrigée 11 uniquement en phase d'accélération. La valeur obtenue est appelée « Accélération normalisée corrigée » 17. 15 L'étape de détermination d'une consigne de variation d'accélération à partir d'un réglage souhaité comprend la détermination à partir de la valeur de l'accélération normalisée corrigée 17 et d'une cartographie pré calibrée 18 de la consigne de variation d'accélération 19, moyennant la masse, « Masse » 5, du 20 véhicule. Cette consigne de variation d'accélération 19, aussi appelée consigne de Jerk, est comprise dans l'intervalle [0,50] en phase d'accélération, et dans l'intervalle [-10,0] en phase de décélération. L'étape de calcul du temps de filtrage comprend la 25 détermination du temps de filtrage 20, noté tau, à partir de la consigne de variation d'accélération 19, de la masse 5 du véhicule, du niveau de pente de la route 4, et est calculé, selon que l'on soit respectivement en cas d'accélération ou de décélération du véhicule selon les formules suivantes : 30 (1- e-')* (Fdemandée - Force filtrée) Temps _de _filtrage _accélération = Consigne _ Jerk * Masse * (1 + sin a) 3047714 8 (1- e-')*(Fdemandée- Force _filtrée) Temps _de _filtrage _décélération= L'étape de filtrage comprend un filtre du premier ordre 21 dont la fonction de transfert peut être explicitée. Cette dernière permet 5 d'obtenir par le calcul une valeur Ffiltrée 6, à partir du temps de filtrage 20 calculé à l'étape de calcul du temps de filtrage, d'une période d'échantillonnage, et de Fdemandée 1. Comme on le voit sur la figure 3, l'invention qui vient d'être décrite peut être implémentée au sein d'un système d'une chaîne de 10 traction d'un véhicule automobile. En particulier, une unité de contrôle électronique « UCE » 22 permettant d'interpréter la volonté du conducteur et de la traduire en une consigne de couple I et étant reliée à des moyens de mesure de la masse du véhicule et de la pente de la route pour calculer selon les 15 étapes précédentes une valeur consigne de couple filtrée 6 est implémentée dans la chaîne de traction d'un véhicule automobile, et est relié au moteur thermique 23 et à l'électronique de puissance 24 du véhicule. 20 Consigne _Jerk * Masse * (1- sin a) REVENDICATIONS1. Procédé de correction de la consigne de couple (1) d'un moteur d'un véhicule automobile pour atténuer les effets consécutifs au basculement du moteur et aux jeux dans le système de transmission du véhicule automobile, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - normalisation d'une variation de couple demandée (1) par le conducteur ; - détermination d'une consigne de variation d'accélération (19) à partir d'un réglage souhaité ; - calcul d'un temps de filtrage ; et - filtrage de la demande de couple (1) à partir du temps de filtrage calculé (20), de la variation de couple demandée normalisée et de la consigne de variation d'accélération (19). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite variation de couple demandée (1) par le conducteur est transposée en accélération normalisée (10), comprise dans un intervalle [-1 ; 1] et calculée à partir de la relation : Fdemandée - Force filtrée Accélération normalisée - Force max- Force min où Force max- Force min =4F est l'écart maximal de force possible au régime actuel du moteur ; Fdemandée est une valeur de couple demandée par le conducteur ; et Force filtrée est une valeur de force filtrée (6). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape de calcul d'une variation de couple demandée par le conducteur comprend un calcul d'une correction de l'accélération normalisée (11) à partir de la relation : d (Accélération normalisée) Acc normalisée torr = Accélération normalisée + G* dt 3047714 10 où G est un gain paramétrable. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de détermination de la consigne de variation d'accélération (19), aussi appelée consigne de Jerk, comprend une phase où l'on calibre 5 expérimentalement une cartographie (18). 5. Procédé selon les revendications 3 ou 4, dans lequel l'étape de calcul d'un temps de filtrage comprend le calcul à partir d'une mesure de la pente de la route a (4) et de la masse du véhicule (5) d'une constante de temps (20) en phase d'accélération du véhicule au 10 moyen de la relation : Temps de filtrage accélération = (1 - e-')* (Force demandée - Force filtrée) Consigne Jerk * Masse * (1+ sin a) dans laquelle - Consigne Jerk est la consigne de variation d'accélération calculée à l'étape de détermination de ladite consigne de variation 15 d'accélération ; - Masse est la valeur de masse donnée spécifique au véhicule ; et - a est la pente de la route en radian. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, 20 dans lequel l'étape de calcul d'un temps de filtrage comprend le calcul à partir d'une mesure de la pente de la route a et de la masse du véhicule d'une constante de temps en phase de décélération du véhicule au moyen de la formule suivante : (1- e-')* (Force demandée - Force filtrée) Temps de filtrage décélération = Consigne Jerk * Masse * (1- sin a) 25 dans laquelle - Consigne Jerk est la consigne de variation d'accélération calculée à l'étape de détermination de ladite consigne de variation d' accélération ; - Masse est la valeur de masse donnée spécifique au véhicule ; 30 et - a est la pente de la route en radian. 3047714 11 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant une étape de filtrage de la force demandée au moyen d'un filtre passe bas (4) du premier ordre donné par sa fonction de transfert H(z): Ts H(z)- 1-e T Ts T 5 où Ts est une période d'échantillonnage ; T est ledit temps de filtrage en cas d'accélération ou de décélération ; et z est la transformée de Laplace discrétisée. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, dans lequel on prend en compte les caractéristiques du véhicule, en particulier les performances du moteur et les efforts résistants à l'avancement. 9. Dispositif de correction de la consigne de couple d'un moteur d'un véhicule automobile configuré pour atténuer les effets 15 consécutifs au basculement du moteur et aux jeux dans le système de transmission du véhicule automobile mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une unité de contrôle électronique (22), caractérisée en ce que l'unité de contrôle est reliée à des moyens de mesure de la masse du véhicule et 20 de la pente de la route, et est adaptée pour interpréter la volonté du conducteur et la traduire en consigne de couple. 10. Dispositif selon la revendication 9 adapté pour être implémenté sur un véhicule thermique, hybride ou électrique.