Brevet FR3090546A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : SYSTÈME DE CONTRÔLE D'AMORTISSEMENT D'OSCILLATIONS DANS UNE CHAÎNE DE TRACTION À MOTEUR THERMIQUE [pool La présente invention concerne de manière générale le domaine dc l'amélioration de l'agrément dc conduite d'un véhicule à moteur thermique par l'amortissement des oscillations dans sa chaîne de traction. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système de contrôle d'amortissement des oscillations de la vitesse de torsion d'une transmission entraînée par un moteur thermique, ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel système. [0002] Le moteur thermique assure la traction du véhicule par une transmission de couple mécanique à travers une chaîne cinématique comprenant de manière classique un embrayage, une boîte de vitesses et un ou plusieurs arbres de transmission liés aux roues motrices du véhicule. La chaîne de traction du véhicule présente des modes propres de résonnance en torsion qui sont liés aux flexibilités des arbres de transmission en particulier et aux inerties de la motorisation, de la transmission et de la charge. Dans des situations de vie particulières du véhicule ces modes propres de résonnance peuvent être excités et produire des oscillations qui sont désagréables pour le conducteur et affectent négativement l'agrément de conduite du véhicule. [0003] Dans les véhicules actuels, le moteur thermique est contrôlé, selon une stratégie de commande, par une commande numérique qui détermine un couple de consigne en prenant en compte la demande du conducteur et différents paramètres de fonctionnement du véhicule. [0004] Il est connu dans l'état de la technique un système de contrôle d'amortissement des oscillations d'une transmission de couple entraînée par un moteur thermique dans lequel une commande numérique applique une vitesse et un couple sur une entrée appelée primaire. Le système prévoit une première fonction d'agrément préventif qui a pour objectif d'adapter la consigne de couple appliquée sur le primaire, une deuxième fonction d'agrément curatif qui a pour objectif d'amortir les oscillations de la vitesse de torsion de la transmission et une troisième fonction qui supervise le niveau d'application des commandes de l'agrément curatif en fonction de situations de vie particulières du véhicule. Dans ce système connu, la loi de commande de la fonction d'agrément curatif consiste à amortir les oscillations mesurées de la vitesse de rotation du primaire par une mesure de cette vitesse et par une action sur le couple délivré sur ce primaire. On utilise typiquement un correcteur à action dérivée permettant d'appliquer un profil de couple primaire en opposition de phase aux oscillations 2 mesurées de la vitesse de rotation de ce primaire. L'action dérivée est appliquée ensuite par un filtrage passe-bande dans une plage de fréquence centrée autour de la fréquence de résonance de la transmission. Cependant, un tel système se limite à amortir les oscillations mesurées de la vitesse du primaire. De plus, il est fait appel à un correcteur à action dérivée seule qui présente des contraintes élevées de stabilité. La fonction d'agrément curatif obtenue de cette manière a des performances d'amortissement limitées. [0005] Dans FR3054989A1, il est proposé un système de contrôle d'amortissement des os- cillations de la vitesse de torsion d'une transmission comportant en entrée un primaire recevant un couple primaire d'une motorisation à commande numérique pour le transmettre en sortie à une charge qui est soumise à un couple de charge externe. La commande de la motorisation met en oeuvre une fonction d'agrément curatif qui a pour objectif d'amortir les oscillations de la vitesse de torsion de la transmission. Dans cc système, la vitesse de torsion de la transmission est déterminée par une mesure des vitesses du primaire et de sa charge. La vitesse de torsion et sa dérivée dans le temps sont contrôlées à partir d'une consigne de vitesse de torsion et de sa dérivée dans le temps, et à partir de la mesure de la vitesse de torsion et de sa dérivée dans le temps. [0006] Le système décrit dans FR3054989A1 permet d'atteindre des résultats satisfaisants dans des véhicules hydrides ayant une motorisation thermique sur le train avant et une motorisation électrique sur les roues arrière. Par contre, ce système n'est pas adapté de manière optimale pour les véhicules classiques dont la traction est assurée uniquement par un moteur thermique. En effet, dans ce cas les inconvénients du moteur thermique, notamment une inertie importante, un retard élevé et un faible gradient de couple moteur, ne permettent pas d'atteindre le même niveau d'amortissement qu'un moteur électrique. [0007] Il est souhaitable de proposer un système de contrôle d'amortissement des os- cillations de la vitesse de torsion de la transmission qui soit spécifiquement conçu pour les véhicules classiques à motorisation thermique. [0008] Selon un premier aspect, l'invention concerne un système de contrôle d'amortissement des oscillations de la vitesse de torsion d'une transmission entraînée en rotation par un moteur thermique, le système comprenant un contrôleur de correction ayant au moins une première voie de correction à action proportionnelle et une deuxième voie de correction à action dérivée, des moyens de filtrage fréquentiel et une boucle de commande fournissant une première erreur entre une consigne de vitesse de torsion et une mesure, ou estimation, de la vitesse de torsion et une deuxième erreur entre une consigne de dérivée dans le temps de vitesse de torsion et une mesure, ou estimation, de la dérivée dans le temps de la vitesse de torsion, les première et deuxième erreurs étant traitées respectivement par les première et deuxième voies de correction. 3 Conformément à l'invention, le système comprend également un prédicteur de Smith modélisant un ensemble sans retard comprenant le moteur thermique et la transmission et fournissant une vitesse de torsion modélisée sans retard qui est introduite en contre-réaction dans la première voie de correction. [0009] Selon une caractéristique particulière, le système comprend également un module de calibration dynamique d'un gain proportionnel de la première voie de correction à action proportionnelle, la calibration dynamique étant réalisée selon la méthode de Cohen-Coon en fonction d'un retard du moteur thermique. [0010] Selon une autre caractéristique particulière, le retard du moteur thermique est évalué en fonction du régime du moteur thermique. [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, le système comprend également un module de correction anti-saturation comprenant des moyens de détection d'une saturation du moteur thermique et des moyens de correction du gain proportionnel introduisant une réduction du gain proportionnel lorsqu'une saturation est détectée. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de correction de gain proportionnel comprennent un correcteur intégrateur. [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de filtrage fréquentiel sont de type passe-bande. [0014] L'invention concerne aussi un véhicule à moteur thermique comprenant un système tel que décrit brièvement ci-dessus. [0015] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'une forme de réalisation particulière de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0016] [fig.1] La Fig.1 est un bloc-diagramme d'un système de contrôle d'amortissement d'oscillations de la technique antérieure. [0017] [fig.2] La Fig.2 est un bloc-diagramme d'une forme de réalisation particulière d'un système de contrôle d'amortissement d'oscillations de la présente invention. [0018] [fig.3] La Fig.3 est un bloc-diagramme d'un module de calcul de calibration de gain proportionnel inclus dans le système de contrôle d'amortissement d'oscillations de la Fig.2. [0019] [fig.4] La Fig.4 est un bloc-diagramme d'un correcteur intégrateur inclus dans un module de correction anti-saturation du système de contrôle d'amortissement d'oscillations de la Fig.2. [0020] En référence à la Fig.1, il est décrit ci-dessus l'architecture générale et le fonc- tionnement d'un système de contrôle d'amortissement d'oscillations AOSTA selon la technique antérieure, tel qu'utilisé dans des véhicules à chaînes de traction électrifiés. [0021] Comme montré à la Fig.1, un modèle interne MD,A est utilisé pour obtenir une consigne de vitesse de torsion N,'E°Es et une consigne de dérivée, ou gradient, NG,' cors de la vitesse de torsion, pour le système de contrôle d'amortissement d'oscillations AOSTA. [0022] Les consignes N,'EoEs et NG,'EoEs sont déterminées par le modèle interne MD,A à partir d'une consigne de couple moteur secondaire CsWNs et d'un couple de charge externe Cw,i-D, ainsi que de la vitesse de torsion NITRE, de la transmission. [0023] La consigne de couple moteur secondaire CsEaNs est calculée à partir d'une consigne de couple demandée à appliquer à la transmission, établie d'après la demande du conducteur. Le couple de charge externe C'.,11) est le couple de charge à la roue qui, typiquement est mesuré par un capteur ou est estimé. [0024] Un estimateur ESTTA est utilisé ici pour déterminer la vitesse de torsion NT'Es de la transmission. L'estimateur ESTTA fournit également la dérivée, ou gradient, estimée NGT'Es de la vitesse de torsion. Typiquement, l'estimateur ESTTA estime la vitesse de torsion NTRES et la dérivée de vitesse de torsion NGTREs à partir des régimes moteur et de charge s'appliquant sur la transmission. [0025] Des soustracteurs SITA calculent des erreurs EN= NTR"NS- NTRES et ENc= NGTRC"- NGTREs entre les consignes NT'cr'Es et NGT'EnEs et la vitesse de tors ion NTRES et sa dérivée NOT'Es fournies par l'estimateur ESTTA. [0026] Les erreurs EN et ENG sont traitées sur deux voies distinctes par un contrôleur de correction CT,-A. Le contrôleur CTTA est typiquement du type dit à correction PID (pour « Proportionnel-Intégral-Dérivée ») et applique un gain de voie proportionnelle KR, dit « gain proportionnel », à l'erreur EN et un gain de voie dérivée KD à l'erreur ENG. Le contrôleur CTTA fournit en sortie une commande de couple secondaire de voie proportionnelle CsR et une commande de couple secondaire de voie dérivée Csn. [0027] Les commandes de couple CsE et CsD sont filtrées et combinées par une fonction de filtrage FILTTA qui ajuste et limite la correction notamment pour une action passe-bande autour de la fréquence des oscillations. La fonction de filtrage FILTTA produit en sortie une commande de couple d'anti-oscillation CsA°s qui s'ajoute à la consigne de couple normale du moteur thermique. [0028] La fonction SYSTA représente le système de traction comprenant ici la motorisation hybride et la transmission. La vitesse de torsion effective sur la transmission est représentée par NTR. [0029] Comme indiqué plus haut dans l'exposé de la technique antérieure, un tel système AOSTA de contrôle d'amortissement d'oscillations permet d'atteindre des résultats sa- tisfaisants dans des véhicules hydrides, notamment ceux avec une motorisation électrique sur le train arrière, mais n'est pas optimisé pour des véhicules classiques dont la traction est assurée uniquement par un moteur thermique. [0030] En référence aux Figs.2 à 4, il est maintenant décrit une forme de réalisation par- ticulière d'un système de contrôle d'amortissement d'oscillations AOS selon la présente invention, utilisé dans un véhicule classique à moteur thermique. [0031] Par rapport au système AOS,' de la technique antérieure, le système de contrôle d'amortissement d'oscillations AOS comporte des lois de commande supplémentaires qui visent à pallier aux inconvénients introduits dans le système par une motorisation formée uniquement d'un moteur thermique. [0032] En référence plus particulièrement à la Fig.2, le système de contrôle d'amortissement d'oscillations AOS comporte notamment un prédicteur de Smith PS, un module de calibration dynamique de gain proportionnel CDP et un module de correction antisaturation AS. Le système AOS comporte également des composants MD, Sl, CT, FILT, SYS, EST qui correspondent respectivement aux composants MDTA, S1 TA, CTTA, FILTTA, SYSTA et ESTTA du système AOSTA de la technique antérieure. Le composant SYS correspondant au système de traction du véhicule est représenté avec des blocs de fonction de transfert ENG et TRA correspondant au moteur thermique et à la transmission. [0033] Un contrôleur de correction PID tel que le contrôleur CT ne fonctionne pas de manière satisfaisante avec un système incorporant un retard, ou temps mort, important. Lorsque le retard existant est supérieur à la moitié de la constante de temps du système, la stabilité du système est dégradée et ne peut être garantie. [0034] Le prédicteur de Smith PS a pour fonction de réduire, voire retirer totalement, le retard de la boucle de commande du système, de telle façon que le contrôleur CT commande de manière effective un système sans retard. [0035] La réduction du retard dans la boucle fermée de commande, obtenue avec le prédicteur de Smith PS, conduit à une marge de phase plus importante, ce qui autorise un accroissement du gain proportionnel K. La calibration du gain proportionnel par la méthode de Cohen-Coon est décrite plus bas. [0036] Comme visible à la Fig.2, le prédicteur de Smith PS utilise un modèle interne du système de traction SYS comprenant le système sans retard SYS*, représenté par sa fonction de transfert, et le retard DEL* du système de traction SYS. [0037] Un soustracteur S2 du prédicteur de Smith PS calcule une erreur EN entre une vitesse de torsion modélisée NTRAD, obtenue après le retard DEL*, et la vitesse de torsion effective NTR mesurée dans le système de traction SYS. L'estimateur EST reçoit cette erreur ENSP en entrée et délivre une vitesse de torsion estimée NTRES et une dérivée de vitesse de torsion estimée NOIRES qui sont bouclées en contreréaction travers le soustracteur Si. Lorsque l'erreur ENSP converge sur zéro, le prédicteur PS 6 fournit une vitesse de torsion sans retard N,RND en sortie du système sans retard SYS*. La vitesse de torsion sans retard N1RND est bouclée en contreréaction sur la voie de correction proportionnelle du contrôleur CT, à travers un soustracteur S3, réduisant ainsi, voire supprimant totalement, le retard du système de traction SYS dans la boucle fermée de commande. [0038] Le module de calibration dynamique de gain proportionnel CDP vise à remédier aux effets du retard du moteur thermique et de son inertie. [0039] Le retard du moteur thermique ENG est variable et dépend de la vitesse de rotation, ou régime RG, de celui-ci. Le gain proportionnel Ki, du contrôleur CT doit donc varier en fonction du retard du moteur thermique ENG pour s'ajuster avec des marges de phase variables. [0040] La méthode de Cohen-Coon est utilisée pour la calibration du gain proportionnel Ki. du contrôleur CT. [0041] Les calculs de calibration du gain proportionnel sont réalisés par un module de calcul CKP, visible à la Fig.2, qui calcule un gain proportionnel primaire Kip, en fonction du régime RG du moteur thermique. Une implémentation du module de calcul CKP, au moyen de deux sommatcurs SOI, SO2, d'un diviseur DV et d'un multiplicateur MUI, est montrée à la Fig.3. Les entrées N et D du diviseur DV correspondent respectivement au numérateur et au dénominateur. [0042] Le gain proportionnel primaire Km est donné par l'égalité suivante : [0043] Km = (1/K).[ (r/0) + (1/3)], avec K étant le gain du système, typiquement estimé ou calculé, 0 étant la somme du retard DM du moteur thermique et d'un retard DS du système, et 'r étant la constante de temps du système. [0044] Le retard DM du moteur thermique est l'unique variable dans le calcul du gain pro- portionnel primaire Km et est fourni typiquement par une cartographie en fonction du régime RG du moteur thermique, DM=f(RG). [0045] Le gain proportionnel Ki, effectif, qui est appliqué sur la voie de correction propor- tionnelle du contrôleur CT, est fourni par un soustracteur S4 (Fig.2) qui retire une valeur de correction de saturation CS au gain proportionnel primaire Km. La valeur de correction de saturation CS est fournie par le module de correction anti-saturation AS. [0046] Le module de correction anti-saturation AS vise à remédier aux effets du faible gradient de couple du moteur thermique ENG. Le faible gradient de couple d'un moteur thermique ENG, par rapport à un moteur électrique, peut provoquer la saturation de celui-ci dans des situations de vie particulières. La saturation du moteur thermique ENG, si elle n'est pas prise en compte par le contrôleur CT, peut provoquer une dégradation des performances du système. La saturation du moteur thermique ENG est provoquée par un gain proportionnel Kp trop élevé. Le module de correction anti-saturation AS a pour fonction de réduire un gain proportionnel Kp lorsqu'est 7 détectée une saturation du moteur thermique ENG. [0047] Le module de correction anti-saturation AS comporte essentiellement un soustracteur S5 et un correcteur intégrateur CAS. Le soustracteur S5 détecte une saturation du moteur thermique en calculant la différence entre la consigne de couple CyA°S fournie au moteur thermique ENG et le couple effectif Cu délivré par celui-ci. La soustracteur S5 fournit un signal de saturation SA qui est traité par le correcteur intégrateur CAS afin de déterminer la valeur de correction de saturation CS à soustraire au gain proportionnel primaire Km. [0048] Une implémentation du correcteur intégrateur CAS, au moyen d'un multiplicateur MU2 et d'un intégrateur INT, est montrée à la Fig.4. Dans le multiplicateur MU2, un gain KS est appliqué au signal de saturation SA. Le signal SAG délivré par le multiplicateur MU2 est intégré par l'intégrateur INT qui fournit la valeur de correction de saturation CS. Comme indiqué plus haut, la valeur de correction de saturation CS est ensuite retirée du gain proportionnel primaire Kp, afin d'obtenir le gain proportionnel K, qui est appliqué sur la voie de correction proportionnelle du contrôleur CT. [0049] Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l'invention. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]