Brevet FR3077098A1 — publié le 20190726

PROCÉDÉ DE PILOTAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE DE VÉHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la gestion du pilotage des moteurs de type essence et/ou diesel. [0002] Les évolutions récentes de réglementations en matière d'émission de polluants dans l'atmosphère ont remis en question les cycles d'homologation des véhicules automobiles. [0003] Ainsi, le cycle d'homologation à dominante urbaine auquel s'ajoute un cycle extra- urbain (EUDC ou "Extra-Urban Driving Cycle" en anglais) est remplacé par le cycle d'homologation de type WLTC (ou "Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle" en anglais ou "cycle d'essai mondial harmonisé pour les voitures particulières et véhicules utilitaires légers" en français) qui est plus long de 50%, passant ainsi de 1200 secondes à 1800 secondes. Par ailleurs, les tolérances de suivi du cycle sont moins contraignantes, afin d'assurer une couverture plus large autour du cycle d'homologation en termes de dépollution et pour prendre en compte différentes manières de conduire plus représentatives d'un panel de conducteurs. [0004] Le temps de réalisation du cycle d'homologation de type WLTC requiert pour l'opérateur de banc à rouleaux beaucoup plus de temps de travail à son poste sans coupure d'activité, ce qui est susceptible d'engendrer une perte de concentration et donc des erreurs invalidant l'essai réalisé. En outre, ce phénomène est problématique lorsque l'on souhaite comparer des réglages puisque cela engendre la reprise d'essais. [0005] Les tolérances de suivi du profil de vitesse étant à faible contrainte, il est nécessaire de développer des méthodes de mise au point qui permettent de prendre en compte l'ensemble des manières de conduire, et pour cela développer de nouvelles méthodes de calibration statistique. Dans ces conditions, il existe le besoin de comparer des réglages avec une bonne répétabilité de l'essai et de pouvoir réaliser des essais représentatifs des conducteurs pour prendre en compte la robustesse des réglages. 2 [0006] L'invention vise à combler ces besoins en proposant un procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce que, pour suivre un profil de vitesse définissant une pluralité de vitesses de consigne en fonction du temps, ledit procédé comporte les étapes suivantes: 5 - une étape de modélisation d'un retard d'exécution d'un couple lié à une capacité du moteur thermique à fournir un couple, - une étape de calcul d'une accélération permettant d'atteindre une vitesse cible, ladite accélération tenant compte du retard d'exécution du couple, - une étape de calcul d'un couple appliqué par des roues motrices pour obtenir l'accélération 10 préalablement calculée, - une étape de détermination d'un couple moteur correspondant, et - une étape d'activation d'un organe de commande du véhicule pour obtenir le couple moteur précédemment déterminé. [0007] L'invention permet ainsi de remplacer le conducteur par un modèle de pilotage du 15 moteur thermique. Ce modèle permet de suivre le cycle d'homologation à réaliser tout en étant suffisamment souple pour simuler différents types de conducteurs. En outre, en tenant compte du retard d'exécution du couple demandé au moteur, le modèle de suivi de cycle est très représentatif de la réalité. [0008] Selon une mise en oeuvre, le retard d'exécution du couple correspond à: 20 - une phase atmosphérique correspondant à une phase de fonctionnement du moteur à pression atmosphérique; - une phase de latence correspondant au temps nécessaire pour qu'un régime d'un turbocompresseur atteigne une plage de fonctionnement efficace, - une phase suralimentée dans laquelle le turbocompresseur fonctionne dans sa plage de 25 fonctionnement efficace. [0009] Selon une mise en oeuvre, une évolution temporelle du couple au cours de la phase atmosphérique et de la phase de latence est modélisée par une droite et en ce qu'une évolution temporelle du couple pendant la phase suralimentée est modélisée par un polynôme. [0010] Selon une mise en oeuvre, des coefficients caractéristiques des différentes phases sont obtenus par des tests du véhicule automobile réalisés sur banc à rouleaux. 3 [0011] Selon une mise en oeuvre, l'accélération est calculée à partir d'un écart entre une vitesse de consigne à la fin d'une période d'accélération et la vitesse réelle à la fin du retard d'exécution du couple, divisé par une durée d'accélération. [0012] Selon une mise en oeuvre, ledit couple appliqué par les roues motrices est 5 déterminé à partir d'un rayon de roue, d'une force s'opposant à un mouvement dudit véhicule automobile dépendant d'une vitesse dudit véhicule automobile, d'une masse dudit véhicule automobile, et de ladite accélération dudit véhicule automobile. [0013] Selon une mise en oeuvre, ledit couple moteur est déterminé à partir d'un rapport de boîte de vitesses et dudit couple appliqué par les roues motrices. 10 [0014] Selon une mise en oeuvre, ledit profil de vitesse correspond à un cycle d'homologation à suivre. [0015] Selon une mise en oeuvre, ledit profil de vitesse est défini par un calculateur dudit véhicule automobile suite à une détection d'un changement de consigne de vitesse. [0016] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire 15 stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'un moteur thermique tel que précédemment défini. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 20 [0018] La figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule automobile installé sur un banc moteur pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage du moteur thermique selon l'invention; [0019] La figure 2a est une représentation graphique du temps en fonction du couple, à iso-régime, représentant les trois phases du retard d'exécution du couple moteur; 25 [0020] La figure 2b est une représentation schématique des modules logiques embarqués dans le calculateur permettant de déterminer le retard d'exécution du couple moteur; [0021] La figure 3 est une représentation schématique des modules logiques embarqués dans le calculateur pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage du moteur thermique selon l'invention. 4 [0022] La figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule 1 installé sur un banc moteur 2 afin de suivre un cycle d'homologation, par exemple de type WLTC (ou "Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle" en anglais). A cet effet, un calculateur 3 est apte à commander l'enfoncement de la pédale d'accélération 5 du véhicule 1 via un actionneur 5 correspondant. La commande d'enfoncement de la pédale d'accélération 5 est effectuée en fonction d'entrées appliquées sur le calculateur 3, à savoir notamment une vitesse réelle instantanée V(t), un rapport de boîte de vitesses RB, et un profil de vitesse P cy correspondant au cycle d'homologation d'intérêt. Ce profil de vitesse P cy définit une pluralité de vitesses de consigne en fonction du temps. 10 [0023] L'invention propose un procédé de pilotage permettant de suivre le plus précisément possible le profil de vitesse P cy. A cet effet, des modules logiques correspondants pourront être implémentés de façon logicielle dans une mémoire de données 4 du calculateur 3 qui pourra être le calculateur moteur du véhicule 1 ou un calculateur indépendant, tel que cela est montré sur les figures 2b et 3. 15 [0024] Plus précisément, on modélise le retard d'exécution du couple tr demandé au moteur. Ce retard tr est dû à l'inertie du moteur et à l'ensemble de la transmission. Ce retard tr n'est pas constant mais dépend de plusieurs paramètres définis ci-après. [0025] Pour déterminer ce retard, des courbes dites "Pentes de Montées en Couple" (PMC) sont déterminées sur un banc à rouleaux. A cet effet, le conducteur fait passer la 20 pédale d'accélération de 0% à 100% d'un coup, en partant d'un régime choisi. Cette accélération est contrecarrée par le banc à rouleaux pour maintenir le régime moteur constant dans le but d'analyser que le comportement du couple moteur. Cette procédure est réalisée à différents régimes, ce qui permet de caractériser le couple obtenu en fonction du temps en pleine charge (passage de 0% à 100% de pédale d'accélération d'un coup). 25 [0026] La courbe représentée sur la figure 2a obtenue pour un régime donnée, ici de 1500 tours/min, met en évidence que le retard tr d'exécution en couple correspond à: - une phase atmosphérique tri correspondant à une phase de fonctionnement du moteur à pression atmosphérique; - une phase de latence tr2 correspondant au temps nécessaire pour qu'un régime d'un 30 turbocompresseur atteigne une plage de fonctionnement efficace, - une phase suralimentée tr3 dans laquelle le turbocompresseur fonctionne dans sa plage de fonctionnement efficace. La durée de ces phases est bien entendue variable en fonction 5 du régime de départ du moteur qui peut être compris par exemple entre 800 tours/min et 2500 tours/min. [0027] L'évolution temporelle du couple moteur C au cours de la phase atmosphérique tri et de la phase de latence tr2 peut être modélisée par une droite; tandis que l'évolution 5 temporelle du couple moteur C pendant la phase suralimentée peut être modélisée par un polynôme. Le retard global d'exécution de couple tr est égal à la somme des durées des différentes phases tri, tr2, et tr3. [0028] La figure 2b met en évidence que le retard tr d'exécution du couple moteur dépend de coefficients caractéristiques ai, bl , a2, b2, c2, a3, b3, c3 qui ont été obtenus lors des 10 tests réalisés sur banc à rouleaux. Dans un exemple de mise en oeuvre avec un moteur thermique particulier, les coefficients caractéristiques sont constants et valent respectivement al =-0.0002, bl =0.5717, a2=8.10-7, b2=-0.0036, c2=4.0736, a3=3.10-5, b3=-0.i097, c3=119.69. [0029] Plus spécifiquement, le retard lié à la phase atmosphérique tri dépend des 15 coefficients al et bl , du couple moteur C et du régime moteur N. Il est obtenu à partir des modules logiques d'opération Ml, M2, et M3. [0030] Le retard de la phase de latence tr2 dépend des coefficients a2, b2, et c2, du régime moteur N et du régime moteur au carré (cf. module de mise au carré M4). Il est obtenu à partir des modules logiques d'opération M5, M6, et M7. 20 [0031] Le retard de la phase suralimentée tr3 dépend des coefficients a3, b3, et c3, du couple C, du régime moteur N, et du régime moteur au carré. Il est obtenu à partir des modules logiques d'opération M8, M9, M10, et M11. [0032] Le module M12 permet de sommer les retards liés aux différentes phases tri, tr2, et tr3 pour en déduire le retard d'exécution du couple tr. 25 [0033] Le calculateur 3 peut ensuite déterminer l'accélération a nécessaire pour que le véhicule 1 atteigne la vitesse de consigne issue du profil de vitesse P cy associé au cycle d'homologation. Cette accélération tient compte du retard d'exécution du couple tr précédemment calculé. [0034] En l'occurrence, l'accélération a du véhicule 1 est calculée à partir d'un écart entre 30 la vitesse de consigne à la fin d'une période d'accélération v(t + tr + ta) et la vitesse réelle 6 à la fin d'un retard d'exécution du couple V(t + tr), divisé par la durée d'accélération ta. Ainsi, l'accélération a du véhicule 1 est obtenue à partir de la relation suivante: V(t + tr + ta) - V(t + tr) a= ta avec: 5 - a étant l'accélération du véhicule; - tr étant un retard d'exécution d'un couple demandé lié à la capacité du moteur à fournir du couple; - ta étant une durée d'accélération du véhicule; - V(t + tr + ta) étant une vitesse de consigne du profil de vitesse; 10 - V(t + tr) étant une vitesse réelle à la fin du retard d'exécution. [0035] Le calculateur moteur 3 détermine cette relation via les modules logiques d'opération M2' et M3'. [0036] On note que plus la durée d'accélération du véhicule ta, définie dans le calculateur 3, est petite, plus le suivi du profil de vitesse P cy est précis et plus l'accélération a du 15 véhicule 1 est faible. Par conséquent, cela permet un suivi du profil de vitesse P cy de plus en plus lisse. La durée d'accélération du véhicule ta a pour valeur minimum un pas de mesure tp minimum de la vitesse réelle. [0037] La détermination de la vitesse réelle à la fin du retard d'exécution du couple V(t + tr) est liée à la capacité du moteur thermique à fournir du couple. On détermine à 20 chaque instant t, les paramètres de la tangente en to : ) v( ,t,réelle = p.t +b. [0038] En choisissant un pas de mesure tp, on détermine une pente d'une droite p= V(t)-V(t-tp), et une valeur b= v(t) (1 - L) + V(t - tp)L . La vitesse réelle V(t + tr) est donc tp tp tp obtenue à partir de la relation suivante: V(t) - V(t - tp) V(t + tr) - t t (t + tr) V(t) - -tp) + V(t - tp)-tp tp 25 avec: - tr étant le retard d'exécution du couple du couple demandé; - tp étant un pas de mesure; - V(t + tr) étant la vitesse réelle à la fin du retard d'exécution; - v(t) étant la vitesse réelle instantanée; 7 - V (t - tp) étant la vitesse réelle à la fin du pas de mesure précédent. [0039] Le calculateur moteur 3 détermine cette relation au moyen des modules logiques d'opération M4' à M13'. On note par ailleurs que le module M13 permet d'introduire dans la détermination de la vitesse réelle v(t + tr) la notion de retard en introduisant le pas de 5 mesure tp. [0040] Le couple appliqué par les roues motrices Cr nécessaire à l'avancement du véhicule 1 est obtenu via la détermination d'une force de propulsion Fp. En appliquant la seconde loi de Newton, on arrive à l'équation suivante : EF =M.a Fp - f (Vr) = M. a 10 Ce qui conduit à obtenir la formule suivante: Fp = f (Vr) + M. a [0041] Cette formule n'est pas vectorielle, car tous les vecteurs sont sur le même vecteur de base. Ici l'accélération a représente la différentielle de la vitesse par rapport au temps. L'accélération a est par conséquent une valeur algébrique. De ce fait, l'accélération a peut 15 être autant positive que négative. En effet, durant la phase d'accélération du véhicule 1, la valeur de a est positive, et durant la phase de décélération, la valeur de a est négative. [0042] A partir de la formule précédente, le couple Cr est obtenu par calcul à partir de l'accélération a du véhicule 1 préalablement calculée. Plus précisément, le couple Cr est déterminé à partir d'un rayon de roue R, d'une force f(V) s'opposant à un mouvement du 20 véhicule dépendant de la vitesse réelle Vr du véhicule 1, la force f(V) étant nommée "loi de route", d'une masse M du véhicule 1, et de l'accélération a du véhicule 1, selon la relation suivante: Cr = R.(f (Vr) + Ma) avec: 25 - Cr étant le couple appliqué par les roues motrices; - R étant un rayon de roue; - Vr étant une vitesse réelle du véhicule; - M étant une masse du véhicule; - a étant l'accélération du véhicule; 8 - f (Vr) étant une force s'opposant à un mouvement du véhicule, nommée "loi de route", dépendant de la vitesse réelle du véhicule Vr. [0043] On précise que la "loi de route" f(V) est définie selon la relation suivante : f (V) = FO + Fl. V + F2.1/11 5 avec: - FO, Fi, F2 étant des valeurs de résistance appliquées à une vitesse donnée du véhicule; - n étant un facteur par exemple égal à 2. [0044] Le couple moteur Cm est déterminé à partir d'un rapport de boîte de vitesses RB et du couple appliqué par les roues motrices Cr. On note que le rapport de boîte de vitesses 10 RB représente la chaine d'engrenage entre la sortie du moteur et les roues. Les deux couples Cm et Cr sont reliés par la relation suivante : Cm = RB. Cr ou Cm = RB. R. (f (Vr) + Ma) avec: - Cm étant le couple moteur; 15 - RB étant le rapport de boîte de vitesses; - Cr étant le couple appliqué par les roues motrices; - Vr étant une vitesse réelle du véhicule; - M étant une masse du véhicule; - a étant l'accélération. 20 [0045] Le calculateur moteur 3 détermine cette relation au moyen des modules logiques d'opération M14' à M17'. [0046] A partir du couple moteur Cm précédemment déterminé, on détermine une valeur d'enfoncement P de la pédale d'accélération 5 du véhicule 1. Cette valeur d'enfoncement P est déterminée à partir d'une cartographie Cart 1 établissant une correspondance entre le 25 couple moteur Cm déterminé et une valeur d'enfoncement P de la pédale d'accélération 5. Lorsque la valeur d'enfoncement P est déterminée, la pédale d'accélération 5 est enfoncée de cette valeur d'enfoncement P. [0047] En variante, on pourra calculer le déplacement correspondant d'un autre type d'organe de commande pour obtenir le couple souhaité. 9 [0048] Dans le cas présent, le profil de vitesse P cy correspond à un cycle d'homologation. En variante, le profil de vitesse pourra être défini par le calculateur 3 du véhicule 1, suite à une détection d'un changement de consigne de vitesse. Le changement de consigne de vitesse pourra par exemple être détecté par un système de géolocalisation 5 par satellite par exemple de type GPS (ou "Global Positioning System" en anglais) ou par une lecture optique d'un REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile (1), caractérisé en ce que, pour suivre un profil de vitesse (P cy) définissant une pluralité de vitesses de consigne en fonction du temps, ledit procédé comporte les étapes suivantes: - une étape de modélisation d'un retard d'exécution d'un couple (tr) lié à une capacité du moteur thermique à fournir un couple, - une étape de calcul d'une accélération (a) permettant d'atteindre une vitesse cible, ladite accélération tenant compte du retard d'exécution du couple (tr), - une étape de calcul d'un couple appliqué par des roues motrices (Cr) pour obtenir l'accélération (a) préalablement calculée, - une étape de détermination d'un couple moteur (Cm) correspondant, et - une étape d'activation d'un organe de commande (P) du véhicule pour obtenir le couple moteur précédemment déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard d'exécution du couple (tr) correspond à: - une phase atmosphérique (tri) correspondant à une phase de fonctionnement du moteur à pression atmosphérique; - une phase de latence (tr2) correspondant au temps nécessaire pour qu'un régime d'un turbocompresseur atteigne une plage de fonctionnement efficace, - une phase suralimentée (tr3) dans laquelle le turbocompresseur fonctionne dans sa plage de fonctionnement efficace. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une évolution temporelle du couple au cours de la phase atmosphérique (tri) et de la phase de latence (tr2) est modélisée par une droite et en ce qu'une évolution temporelle du couple pendant la phase suralimentée (tr3) est modélisée par un polynôme. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que des coefficients caractéristiques des différentes phases (tri, tr2, tr3) sont obtenus par des tests du véhicule automobile réalisés sur banc à rouleaux. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'accélération (a) est calculée à partir d'un écart entre une vitesse de consigne à la fin 11 d'une période d'accélération (v(t + tr + ta)) et la vitesse réelle à la fin du retard d'exécution du couple (v(t + tr)), divisé par une durée d'accélération (ta). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit couple appliqué par les roues motrices (Cr) est déterminé à partir d'un rayon de roue 5 (R), d'une force s'opposant à un mouvement dudit véhicule automobile (f(Vr)) dépendant d'une vitesse (Vr) dudit véhicule automobile (1), d'une masse (M) dudit véhicule automobile (1), et de ladite accélération (a) dudit véhicule automobile (1). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit couple moteur (Cm) est déterminé à partir d'un rapport de boîte de vitesses (RB) et dudit 10 couple appliqué par les roues motrices (Cr). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit profil de vitesse (P cy) correspond à un cycle d'homologation à suivre. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit profil de vitesse (P cy) est défini par un calculateur (3) dudit véhicule automobile (1) 15 suite à une détection d'un changement de consigne de vitesse. 10. Calculateur moteur (3) comportant une mémoire (4) stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'un moteur thermique (1) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.