EP0707684B1 - Procede et dispositif de commande du regime ralenti d'un moteur a combustion interne - Google Patents

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EP0707684B1
EP0707684B1 EP94924220A EP94924220A EP0707684B1 EP 0707684 B1 EP0707684 B1 EP 0707684B1 EP 94924220 A EP94924220 A EP 94924220A EP 94924220 A EP94924220 A EP 94924220A EP 0707684 B1 EP0707684 B1 EP 0707684B1
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EP
European Patent Office
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engine
speed
error
correction
accordance
Prior art date
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EP94924220A
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German (de)
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EP0707684A1 (fr
Inventor
Patrice Cerf
Jean-Michel Le Quellec
Bernard Demaya
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Continental Automotive France SAS
Original Assignee
Siemens Automotive SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0707684B1 publication Critical patent/EP0707684B1/fr
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    • F02D41/1404—Fuzzy logic control

Definitions

  • the present invention relates to a method and a combustion engine speed control device internal in idle phase and, more particularly, at a such process and to such a device operating by correction of the control of an actuator influencing this regime in function of the difference between a target speed and the speed current.
  • the control of the scheme is indeed delicate because we know that the stability of a engine at low speed is difficult to ensure and that the engine behavior is difficult to model.
  • the conditions for entering the idle phase may vary considerably, for example with regard to the action of the driver on the accelerator pedal, the temperature of engine cooling water, air temperature, the possible presence of random disturbances due to the activation of a consumer of electrical energy (lighting device, fan) or mechanical (air conditioner, power steering). Diet control must also take into account other constraints related to driver comfort (noise level, vibrations, jolts) and standards for environmental pollution by engine exhaust.
  • the object of the present invention is to provide a method for controlling the speed of an internal combustion engine in the idle phase which is satisfactory from the quadruple point of sight: robustness, resistance to disturbances, ease of adjustment and driving pleasure of a vehicle powered by such an engine, in all idle speed phases.
  • the present invention also aims to achieve a device for implementing this method.
  • a value ⁇ u is obtained from the correction of the actuator control of a table with two inputs constituted respectively by the error E and the derivative E ' of the error.
  • the table contains specific values of the correction ⁇ u of the actuator control, associated each to a couple of particular values of the error E and the derivative of the error E '.
  • the correction ⁇ u is drawn from the command for the actuator of a linear combination of corrections partial taken from said table and from a second table, respectively, said second table matching to particular values of the derivative E 'of the error, particular values of the partial correction that it determined.
  • the present invention also provides a device for implementing this method, comprising a) means for delivering a first signal representative of the error E under operating conditions and a second signal representative of the derivative E 'of this error, from of a signal delivered by a sensor of the current speed N of the engine and of a signal representative of a predetermined value of the reference speed N C of idling and b) a controller powered by said first and second signals to derive a value ⁇ u correcting the actuator control of said first and second signals and means for storing particular values of this correction ⁇ u as a function of the difference between the current state (E, E ') of the motor as it is known by these signals and the location of the ideal states of this engine.
  • FIG. 1 where a cylinder 1 of an internal combustion engine propelling a motor vehicle, in a classic environment of sensors, actuators and electronic means of control of these actuators.
  • a calculator electronic 2 is powered by a reluctance sensor 3 variable for example, coupled to a toothed wheel 4 mounted on the output shaft 5 of the engine to deliver to the computer a signal representative of the speed of rotation (or engine speed), a pressure sensor 6 being mounted in the engine intake manifold 7 to supply the calculator a signal representative of the air pressure admitted into the engine.
  • Other signals 8.9 etc ... from water temperature sensors from engine cooling, air temperature etc. or an oxygen sensor 10 placed in the exhaust gases of the engine, can be delivered classically to calculator.
  • actuators such as a fuel injector 11, a ignition circuit of a spark plug 12 or a valve 13 of additional air control placed on a shorting duct 14 a main control butterfly 15 of the amount of air entering the engine through the manifold admission 7.
  • FIG. 2a also shows the time diagram P of the actuation of the accelerator pedal, the driver having, for example, depressed this pedal at time t 1 and released this pedal at time t 2 ("foot raised" position).
  • the acceleration from time t 1 is manifested by a growth in the engine speed N followed, after time t 2 , by a decrease in this speed due to the "lift".
  • N S 1700 rpm
  • a plurality of engine states are established, for example by bench measurements, for which the value of the error E and that of its derivative are in a relationship such that, during an idling regulation phase and therefore the throttle valve 15 is closed by the driver's "lift", the engine speed is likely to reach the setpoint N C by a monotonous variation, fast and smoothly so as to provide the best driving comfort for the vehicle, without any modification to the nominal setting of the opening of the additional air valve 13.
  • the calculator determines a correction of the control of the additional air valve 13 the greater the greater the difference, so that return this state to or on the surface as quickly and smoothly as possible ideal place.
  • the computer applies to the valve a command to increase its opening, and therefore the quantity of air admitted, which in turn controls back, always through the computer, a correlative increase in the quantity of fuel injected, resulting in increased torque delivered by the engine and therefore a slower decay of its speed, aimed at bringing the state of the engine closer to the place ideal.
  • the amplitude of the correction is all the greater that the distance d between the current state (E, E ') of the engine, of the place (see Figure 2b) is large.
  • the correction applied is positive above this right, negative below and that the value of the correction is proportional to the distance between a special box to the right of the boxes (ZE).
  • the present invention provides a device, a preferred embodiment of which has been shown diagrammatically in FIG. 3.
  • the controller 19 emits, from the current or current values of E and E ′ and from the table in FIG. 4, a correction ⁇ u 1 of the nominal control 22 of the additional air valve 13, possibly amplified in an amplifier 20 gain G 1 and added with a component developed by an integrator 21.
  • This integral component is provided for conventionally correcting the nominal control 22 of the additional air control valve 13 when this nominal control is no longer suitable due to applying a permanent or slowly varying load to the engine, as is the case for example when activating a steering assistance device.
  • the final command U thus obtained then passes into a saturator 23 which limits the dynamics of the command, this one being finally applied to the valve 13 of the engine.
  • a device as described above is sufficient to implement the control method according to the invention, when this is limited to the execution of orders shown in the table in Figure 4.
  • E NTG
  • Supervision means 24 are provided for controlling the gains G 1 and G 2 of the amplifiers 20, 20 ′ respectively, depending for example, on the engine speed on entering the idle regulation phase, and, optionally, on the load then supported by the motor, to adjust the "slope" of the line support for the boxes (ZE) as a function of such or such predetermined control strategy, as will be illustrated below by examples.
  • the "trajectory" of the engine in this table is shown in A on the table in FIG. 9, under these initial conditions for entering the idle phase.
  • the derivative E 'then remains at a important value (trajectory C) while the error E decreases however, which leads to an increase in the opening of this valve (the trajectory moves away from the right of boxes ZE) until the derivative E 'has sufficiently reduced to allow correction of the command to return to this line, zero correction.
  • the controllers 19 and 19 'then cooperate to allow the engine to join the set speed in good conditions in terms of speed and driving comfort.
  • FIGS. 10 to 12 describe the operation of the control method according to the invention in another common situation, namely that in which the entry into the idle control phase is done at "lift".
  • the instant t 1 when the speed has already fallen below the idle threshold N S , as shown in the graph N (t) of FIG. 10.
  • the supervisor 24 informed of these initial conditions, then reduces the gain ratio G 1 / G 2 to rotate the right image of the location of the ideal states of the engine from B to B '(see Figure 12).
  • the trajectory A of FIG. 11 takes the form A ′ represented in FIG. 12. It is observed that this trajectory then joins the right image of the place of the ideal states without passing from the regime below the setpoint regime and therefore without risk of stalling the engine.
  • the supervisor can use as input information, the engine speed at "lift foot "and, possibly, the” load “of the motor which depends, for example, the commissioning of a compressor air conditioning, or the information that the motor powered motor vehicle is in motion or no.
  • the supervisor adjusts the ratio of gains G 1 and G 2 in such a way that the further the speed at "foot lift" is removed from the set idle speed , the steeper the inclination of the line of zero corrections ZE (see Figure 6).
  • the supervisor adjusts the ratio of gains G 1 and G 2 so that this line is close to the horizontal (see Figure 7).
  • the control method according to the invention reduces the influence of the error E in operation to avoid jolts and vibrations detrimental to the comfort and pleasure of driving the vehicle.
  • the supervisor then takes this situation into account by reducing the influence of the first controller 19 sensitive to this error, that is to say by reducing the ratio G 1 / G 2 of the gains of the two controllers.
  • the supervisor 24 can be designed to adjust the earnings ratio, not only based of the engine speed and load when entering the idle control, but also according to other initial conditions such as the water temperature of engine cooling, air temperature etc ...

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Description

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de commande du régime d'un moteur à combustion interne en phase de ralenti et, plus particulièrement, à un tel procédé et à un tel dispositif opérant par correction de la commande d'un actionneur influant sur ce régime en fonction de l'écart entre un régime de consigne et le régime actuel.
Les moteurs à combustion interne, en particulier ceux qui propulsent des véhicules automobiles, fonctionnent à des régimes variables dont la commande et/ou la régulation est souvent délicate, notamment en phase de ralenti. Une phase de ralenti commence normalement quand le conducteur lève le pied de l'accélérateur. La commande du régime pendant une telle phase a pour objet d'assurer le ralliement de ce régime à un régime de consigne, la régulation du régime autour de ce régime de consigne malgré d'éventuelles perturbations et le passage de diverses phases transitoires telles qu'une phase de ralenti "entraíné", le véhicule roulant alors avec un rapport de boíte de vitesses engagé, ou une phase de démarrage du moteur.
Dans toutes ces circonstances, la commande du régime est en effet délicate car on sait que la stabilité d'un moteur à bas régime est difficile à assurer et que le comportement du moteur est difficile à modéliser. En outre, les conditions d'entrée en phase de ralenti peuvent varier considérablement, en ce qui concerne par exemple l'action du conducteur sur la pédale d'accélérateur, la température de l'eau de refroidissement du moteur, la température de l'air, la présence éventuelle de perturbations aléatoires dues à l'enclenchement d'un consommateur d'énergie électrique (dispositif d'éclairage, ventilateur) ou mécanique (climatiseur, direction assistée). La commande du régime doit aussi prendre en compte d'autres contraintes tenant au confort du conducteur (niveau de bruit, vibrations, à-coups) et à des normes concernant la pollution de l'environnement par les gaz d'échappement du moteur.
Pour assurer la commande du régime du moteur en phase de ralenti, on utilise couramment aujourd'hui des dispositifs de commande en boucle fermée à régulateur du type PID "supervisé". On décrit un tel dispositif dans le document DE-A-4 215 959 par exemple, qui fait appel à la logique floue pour le réglage des termes P,I et D du régulateur. Il en résulte une mise au point longue et fastidieuse du régulateur pour l'adapter à chaque type de moteur. La régulation PID présente aussi l'inconvénient de ne prendre en compte que certains aspects du fonctionnement du moteur et de n'être pas entièrement satisfaisante du point de vue "robustesse", le vieillissement du moteur ou les tolérances de fabrication industrielle des moteurs pouvant affecter défavorablement le fonctionnement d'un régulateur PID "supervisé".
On connaít aussi du document No. 900594 publié par la "Society of Automotive Engineers" des Etats-Unis d'Amérique, un procédé de commande du régime de ralenti d'un moteur à combustion interne entièrement basé sur des résultats expérimentaux formalisés à l'aide de la logique floue et donc, à priori, susceptible de présenter plus de robustesse et de souplesse. Cependant, le procédé décrit exige l'utilisation de tables et d'opérateurs complexes occupant beaucoup de place en mémoire dans le calculateur utilisé pour mettre en oeuvre le procédé, celui-ci impliquant en outre des temps de calcul importants.
La présente invention a pour but de fournir un procédé de commande du régime d'un moteur à combustion interne en phase de ralenti qui soit satisfaisant du quadruple point de vue : robustesse, tenue aux perturbations, facilité de réglage et agrément de conduite d'un véhicule propulsé par un tel moteur, dans toutes les phases de régime de ralenti.
La présente invention a aussi pour but de réaliser un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaítront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande du régime N d'un moteur à combustion interne en phase de ralenti, par correction de la commande d'un actionneur influant sur ce régime en fonction de l'erreur E = NC - N entre un régime NC de consigne et le régime actuel N, ce procédé étant remarquable en ce qu'on établit le lieu des états idéaux du moteur, défini par les couples de valeurs particulières de l'erreur E et de sa dérivée temporelle E' correspondant à des états du moteur propres à rejoindre le régime de consigne NC sans correction de la commande de l'actionneur, par une variation monotone, rapide et sans à-coups du régime N, et on corrige la commande de l'actionneur en fonction de l'écart entre l'état actuel (E,E') du moteur et le lieu des états idéaux de ce moteur.
Comme on le verra plus loin, grâce à l'établissement suivant l'invention du lieu des états "idéaux" du moteur, on optimise et on simplifie la commande du régime du moteur en phase de ralenti.
Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on tire une valeur Δu de la correction de la commande de l'actionneur d'une table à deux entrées constituées respectivement par l'erreur E et la dérivée E' de l'erreur. La table contient des valeurs particulières de la correction Δu de la commande de l'actionneur, associées chacune à un couple de valeurs particulières de l'erreur E et de la dérivée de l'erreur E'.
Suivant une variante avantageuse du procédé selon l'invention, on tire la correction Δu de la commande de l'actionneur d'une combinaison linéaire de corrections partielles tirées de ladite table et d'une deuxième table, respectivement, ladite deuxième table faisant correspondre à des valeurs particulières de la dérivée E' de l'erreur, des valeurs particulières de la correction partielle qu'elle détermine. On peut ainsi adapter simplement la commande du régime du moteur en phase de ralenti, à diverses conditions de fonctionnement du moteur en modifiant seulement les coefficients de la combinaison linéaire.
La présente invention fournit aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant a) des moyens pour délivrer un premier signal représentatif de l'erreur E en régime et un deuxième signal représentatif de la dérivée E' de cette erreur, à partir d'un signal délivré par un capteur du régime actuel N du moteur et d'un signal représentatif d'une valeur prédéterminée du régime de consigne NC de ralenti et b) un contrôleur alimenté par lesdits premier et deuxième signaux pour tirer une valeur Δu de correction de la commande de l'actionneur desdits premier et deuxième signaux et de moyens de mémorisation de valeurs particulières de cette correction Δu en fonction de l'écart entre l'état actuel (E,E') du moteur tel qu'il est connu par ces signaux et le lieu des états idéaux de ce moteur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :
  • la figure 1 est un schéma d'un moteur équipé des moyens électroniques de commande nécessaires à la mise en oeuvre de la présente invention,
  • les figures 2a et 2b sont des graphes utiles à la description du procédé suivant la présente invention,
  • la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé,
  • les figures 4 à 7 sont des tables de correction utilisables dans le procédé suivant l'invention,
  • la figure 8 représente des graphes illustrant l'évolution temporelle du régime, de l'erreur en régime et de la dérivée de cette erreur dans un exemple d'entrée en phase de ralenti après une forte accélération,
  • la figure 9 est une table de correction utilisée dans le procédé suivant l'invention pour assurer la régulation du régime de ralenti, dans la situation illustrée aux graphes de la figure 8,
  • la figure 10 représente des graphes illustrant l'évolution temporelle du régime, de l'erreur en régime et de la dérivée de cette erreur dans un exemple d'entrée en phase de ralenti à faible accélération, et
  • les figures 11 et 12 représentent des tables de correction utilisées dans le procédé suivant l'invention pour assurer la régulation du régime de ralenti dans la situation illustrée par les graphes de la figure 10.
On se réfère à la figure 1 où l'on a représenté un cylindre 1 d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile, dans un environnement classique de capteurs, d'actionneurs et de moyens électroniques de commande de ces actionneurs. C'est ainsi qu'un calculateur électronique 2 est alimenté par un capteur 3 à réluctance variable par exemple, couplé à une roue dentée 4 montée sur l'arbre de sortie 5 du moteur pour délivrer au calculateur un signal représentatif de la vitesse de rotation (ou régime) du moteur, un capteur 6 de pression étant monté dans le collecteur d'admission 7 du moteur pour fournir au calculateur un signal représentatif de la pression de l'air admis dans le moteur. D'autres signaux 8,9 etc... en provenance de capteurs de température d'eau de refroidissement du moteur, de température d'air etc.. ou d'une sonde à oxygène 10 placée dans les gaz d'échappement du moteur, peuvent être délivrés classiquement au calculateur.
Celui-ci est équipé des moyens matériels et logiciels nécessaires à l'élaboration et l'émission de signaux de commande d'actionneurs tels qu'un injecteur d'essence 11, un circuit d'allumage d'une bougie 12 ou une vanne 13 de commande d'air additionnel placée sur un conduit 14 court-circuitant un papillon 15 de commande principale de la quantité d'air entrant dans le moteur par le collecteur d'admission 7.
Dans la suite on a choisi, à titre illustratif et non limitatif, de décrire le procédé de commande suivant l'invention à l'aide de la commande du moteur par action sur l'ouverture de la vanne 13. Il apparaítra cependant immédiatement à l'homme de métier que le même procédé de commande pourrait être développé par une action sur le temps d'ouverture de l'injecteur ou sur un papillon des gaz motorisé à commande électrique, ou par une combinaison d'actions sur ces divers actionneurs.
On se réfère au graphe de la figure 2a qui illustre une évolution type du régime N du moteur lors d'une entrée en phase de ralenti. Cette entrée se produit classiquement au moment où les conditions suivantes sont réunies :
  • d'une part le conducteur a levé le pied reposant sur l'accélérateur, situation dont le calculateur 2 est classiquement informé par un capteur (non représenté) sensible à l'arrivée en position haute de la pédale d'accélérateur (non représentée),
  • le régime N du moteur est tombé en dessous d'un certain seuil NS appelé "seuil de ralenti",
  • le véhicule est roulant, cette condition n'étant qu'éventuelle, comme d'autres conditions envisageables, d'ailleurs.
On a également représenté à la figure 2a le diagramme temporel P de l'actionnement de la pédale d'accélérateur, le conducteur ayant, à titre d'exemple, appuyé sur cette pédale à l'instant t1 et relâché cette pédale à l'instant t2 (position "pied levé").
L'accélération à partir de l'instant t1 se manifeste par une croissance du régime N du moteur suivie, après l'instant t2, par une décroissance de ce régime due au "levé de pied". Avec un seuil de ralenti fixé, par exemple à NS = 1700 tr/mn, on observe que l'entrée en phase de ralenti, suivant les conditions posées ci-dessus, intervient à l'instant t3. Après cet instant, l'état du moteur peut être défini, suivant la présente invention, par l'erreur en régime E : E = NC - N où NC est le régime de consigne, en phase de ralenti, et par la dérivée temporelle E' de cette erreur E.
Cette dérivée pourra être remplacée, pour éviter des phénomènes de "bruit" par une valeur filtrée de la dérivée, par exemple par un filtre récursif du 1er ordre du type E'(t) = E'(t-1) + k(E'(t)-E'(t-1).
C'est ainsi que le moteur passe successivement par des états (E1,E'1), (E2,E'2), (E3,E'3), etc ... alors que le régime N converge progressivement vers le régime de consigne de ralenti NC.
Suivant une caractéristique essentielle du procédé de commande selon la présente invention, on établit, par des mesures au banc par exemple, une pluralité d'états du moteur pour lesquels la valeur de l'erreur E et de celle de sa dérivée sont dans une relation telle que, lors d'une phase de régulation de ralenti et alors donc que le papillon des gaz 15 est refermé par le "levé de pied" du conducteur, le régime du moteur est susceptible de rejoindre la consigne NC par une variation monotone, rapide et sans à-coups de manière à ménager au mieux le confort de conduite du véhicule, sans aucune modification du réglage nominal de l'ouverture de la vanne d'air additionnel 13.
On reporte les couples de valeurs (E,E') ainsi trouvés dans un système de coordonnées (E,E'). Le graphe obtenu prend généralement l'allure représentée à la figure 2b. Suivant l'invention, on définit ce graphe comme étant le "lieu" des états "idéaux" du moteur en régime de ralenti, idéaux puisque n'exigeant aucune action de réglage pour assurer le ralliement au régime NC de consigne de ralenti (NC = 700 tr/mn par exemple) dans des conditions optimales de confort de conduite.
Ainsi, si l'état du moteur en phase de régulation de ralenti suit constamment ce lieu, aucune correction n'est appliquée à la commande de la vanne d'air additionnel 13 puisque l'on est alors assuré d'un ralliement optimal au régime de consigne.
Si, au contraire, à un instant donné, le calculateur constate un écart entre l'état actuel (E,E') du moteur et le point le plus proche au lieu, le calculateur détermine une correction de la commande de la vanne d'air additionnel 13 d'autant plus forte que cet écart est grand, de manière à ramener au plus vite et sans à-coups cet état vers ou sur le lieu idéal.
Ainsi, si l'état actuel (E,E') du moteur se trouve au-dessus du lieu, le calculateur applique à la vanne une commande visant à accroítre son ouverture, et donc la quantité d'air admis, ce qui par contrecoup commande en retour, toujours par l'intermédiaire du calculateur, un accroissement corrélatif de la quantité de carburant injectée, avec pour résultat un accroissement du couple délivré par le moteur et donc une décroissance plus lente de son régime, visant à rapprocher l'état du moteur du lieu idéal. L'amplitude de la correction est d'autant plus forte que la distance d séparant l'état actuel (E,E') du moteur, du lieu (voir figure 2b) est grande.
Inversement, si l'état actuel (E,E') du moteur est situé en dessous du lieu, le calculateur commande une diminution de l'ouverture de la vanne 13.
On peut formaliser ces principes de commande sous la forme d'une table telle que celle représentée à la figure 4, qui autorise une mise en oeuvre particulièrement simple et souple du procédé selon l'invention. Pour construire cette table, on choisit dans les domaines de variation de l'erreur E en régime et de la dérivée E' de cette erreur, des points particuliers repérés (NTG à PM) et (PTG à NM) respectivement, sélectivement distribués dans ces domaines et constituant les deux entrées de la table. A l'intersection de chaque couple de valeurs particulières E,E', on reporte une valeur de correction correspondante, établie au banc par exemple pour optimiser la commande du moteur en phase de ralenti suivant les principes exposés ci-dessus. Ces valeurs de correction sont quantifiées et repérées par les sigles NTG à PTG, par analogie avec la terminologie utilisée en logique floue, l'analogie s'arrêtant d'ailleurs là. C'est ainsi que, pour les entrées E,E' de la table et pour la correction Δu de la commande qu'on en tire, les sigles utilisés quantifient des valeurs particulières dénommées comme suit :
PTG :
positif très grand
PG :
positif grand
PM :
positif moyen
PP :
positif petit
ZE :
zéro
NP :
négatif petit
NM :
négatif moyen
NG :
négatif grand
NTG :
négatif très grand
Il est clair que les valeurs réelles associées à chacun de ces sigles sont différentes pour chacune des variables d'entrée E,E' et de sortie Δu. Entre ces valeurs, on calcule Au par interpolation entre des valeurs particulières figurant dans la table.
On remarquera, dans la table de la figure 4, une série diagonale de cases "ZE" définissant des corrections nulles de la commande. Il est clair que cette série de cases correspond aux états "idéaux" définis ci-dessus, l'image du lieu de la figure 2b dans cette table étant alors constituée par la droite sur laquelle ces cases sont alignées.
On notera que, conformément au principe exposé ci-dessus, la correction appliquée est positive au-dessus de cette droite, négative en dessous et que la valeur de la correction est proportionnelle à la distance qui sépare une case particulière de la droite des cases (ZE).
Pour la mise en oeuvre du procédé de commande décrit ci-dessus, la présente invention fournit un dispositif dont on a schématisé un mode de réalisation préféré à la figure 3. Ce dispositif est incorporé au calculateur 2 qui est équipé à cet effet des moyens logiciels et matériels nécessaires, mémoires, microprocesseurs, programmes, etc ... Il comprend des moyens 16 pour former l'erreur E = NC - N en régime, des moyens 17 pour échantillonner cette erreur, au point mort haut du piston du cylindre 1 par exemple comme il est courant, des moyens 18 pour dériver temporellement l'erreur et pour alimenter un "contrôleur" 19 avec des signaux représentatifs de l'erreur E et de sa dérivée E'.
Le contrôleur 19 émet, à partir des valeurs actuelles ou courantes de E et E' et de la table de la figure 4, une correction Δu1 de la commande nominale 22 de la vanne d'air additionnel 13, éventuellement amplifiée dans un amplificateur 20 de gain G1 et additionnée d'une composante développée par un intégrateur 21. Cette composante intégrale est prévue pour corriger, classiquement, la commande nominale 22 de la vanne de commande d'air additionnel 13 quand cette commande nominale ne convient plus du fait de l'application au moteur d'une charge permanente ou à variation lente, comme c'est le cas par exemple lors de la mise en action d'un dispositif d'assistance de direction.
La commande finale U ainsi obtenue passe alors dans un saturateur 23 qui limite la dynamique de la commande, celle-ci étant finalement appliquée à la vanne 13 du moteur.
Un dispositif tel que décrit ci-dessus suffit pour mettre en oeuvre le procédé de commande suivant l'invention, quand celui-ci est limité à l'exécution des commandes figurant dans le tableau de la figure 4.
On observera cependant que si une entrée en phase de ralenti se- fait à des valeurs élevées de E et de E', par exemple E = NTG et E' = PTG, la table de la figure 4 indique que la correction Δu1 de commande de la vanne d'air 13 doit être sensiblement nulle (ZE). Une telle correction nulle peut n'être pas souhaitable car elle est sans influence sur la forte chute du régime du moteur que l'on observe alors du fait de l'inertie du véhicule. Il convient au contraire de freiner la chute du régime du moteur dès son entrée en phase de régulation de ralenti en corrigeant fortement la commande nominale 22 de la vanne 13. Pour ce faire, suivant l'invention, il faut que la droite de support des cases de correction nulle (ZE) ne soit pas diagonale, contrairement à ce qui apparaít dans la table de la figure 4, de manière que la case correspondant à E = NTG, E' = PTG ne corresponde pas à Δu1 = ZE mais à Δu1 = PTG par exemple. Pour ce but, on peut faire pivoter la droite des cases ZE autour de celle correspondant à E = ZE et E' = ZE, comme représenté à la figure 6. En mettant en mémoire un jeu de tables telles que celle de cette figure, on peut disposer de divers degrés de correction dès l'entrée en phase de ralenti. Cette solution est cependant coûteuse en place de mémoire.
Suivant la présente invention, on pallie cet inconvénient en prévoyant un deuxième contrôleur 19' (voir figure 3) alimenté par la dérivée E' de l'erreur en régime et délivrant une deuxième correction Δu2 conforme à celle figurant dans le tableau de la figure 5, à un amplificateur 20' de gain G2, les deux corrections partielles Δu1 et Δu2 délivrées par les contrôleurs 19 et 19' respectivement, étant combinées linéairement en 25 pour constituer la correction de commande finale Δu telle que : Δu = G1. Δu1 + G2. Δu2
Des moyens de supervision 24 sont prévus pour commander les gains G1 et G2 des amplificateurs 20,20' respectivement, en fonction par exemple, du régime du moteur à l'entrée en phase de régulation de ralenti, et, éventuellement, de la charge alors supportée par le moteur, pour régler la "pente" de la droite de support des cases (ZE) en fonction de telle ou telle stratégie de commande prédéterminée, ainsi qu'on l'illustrera dans la suite par des exemples.
C'est ainsi que l'on peut obtenir une gamme complète de tables telles que celles des figures 6 et 7. La table de la figure 6 est obtenue par un réglage des gains tel que G1 = G2 alors que celle de la figure 7 correspond à un réglage des gains tel que G1 << G2, la table de la figure 5 étant alors prépondérante dans la combinaison des corrections partielles Δu1 et Δu2.
Il est clair que les moyens de supervision 24 et les deux contrôleurs utilisés permettent de disposer d'une gamme complète de tables de correction alors que la place en mémoire nécessaire est pratiquement limitée avantageusement à celle correspondant aux seules tables des figures 4 et 5.
On se réfère aux figures 8 et 9 pour décrire, à titre d'exemple, un mode de fonctionnement du procédé suivant l'invention, dans une situation courante où le seuil de ralenti (NS = 1700 tr/mn par exemple) est franchi par valeurs supérieures à l'instant t1, après un "levé de pied" à l'instant t0, comme représenté sur le graphe N(t) de la figure 8.
On constate sur les graphes E(t) et E'(t) de cette même figure, qu'au moment de ce franchissement, supposé intervenir en l'absence de perturbations, l'erreur E est très grande (peu différente de -1000, codée NTG par une adaptation convenable de la dynamique du dispositif) alors que la dérivée est positive et de valeur moyenne (codée PM par une adaptation similaire).
On a représenté en A sur la table de la figure 9, la "trajectoire" du moteur dans cette table, dans ces conditions initiales d'entrée en phase de ralenti. Cette table est obtenue, comme on l'a vu plus haut en liaison avec la figure 6, en programmant les moyens de supervision 24 pour obtenir G1 = G2 lorsque le régime au "levé de pied" (instant t0 sur la figure 8) est supérieur au seuil de ralenti NS. L'entrée se fait à correction de commande nulle (ZE) puisque E = NTG et E' = PM et la "trajectoire" du moteur peut se poursuivre alors de manière optimale sur la droite de support des cases (ZE), toujours dans l'hypothèse d'une absence de perturbation.
Dans le cas, contraire, de l'intervention d'une perturbation telle que l'activation d'un dispositif de direction assistée par exemple, on observera une trajectoire telle que celle représentée en B à la figure 9. L'enclenchement de la direction assistée tend à freiner encore le moteur et l'entrée en phase de ralenti se fait alors par exemple avec E = NTG et E' = PTG du fait de l'augmentation du freinage du moteur par la charge appliquée à celui-ci par la direction assistée.
Pour ralentir cette décroissance trop rapide du régime du moteur (qui pourrait conduire à un calage de celui-ci) il est alors nécessaire d'accroítre le couple développé par le moteur en accroissant la quantité d'air débitée par la vanne 13, la commande du moteur s'opérant sans coupure d'injection en phase de décélération et la quantité de carburant injectée étant alors adaptée par le calculateur 2 à la quantité d'air débitée par la vanne 13. Si la correction de la commande de la vanne 13 est bien dimensionnée, l'erreur E et la dérivée E' de l'erreur vont décroítre en suivant la trajectoire B, pour des corrections successives PG, PM, PP et ZE.
Si la correction de la commande d'ouverture de la vanne d'air est insuffisante, la dérivée E' reste alors à une valeur importante (trajectoire C) alors que l'erreur E diminue cependant, ce qui entraíne un accroissement de l'ouverture de cette vanne (la trajectoire s'éloigne de la droite des cases ZE) jusqu'à ce que la dérivée E' ait suffisamment diminuée pour permettre à la correction de la commande de revenir vers cette droite, de correction nulle. Les contrôleurs 19 et 19' coopèrent alors pour permettre au moteur de rallier le régime de consigne dans de bonnes conditions du point de vue rapidité et confort de conduite.
On se réfère maintenant aux figures 10 à 12 pour décrire le fonctionnement du procédé de commande suivant l'invention dans une autre situation courante, à savoir celle dans laquelle l'entrée en phase de régulation de ralenti se fait au "levé de pied" à l'instant t1, alors que le régime est déjà tombé en dessous du seuil de ralenti NS, comme représenté sur le graphe N(t) de la figure 10.
A l'instant t1, les graphes E(t) et E'(t) de la figure 10 montrent que l'erreur est relativement grande (NG) et la dérivée E' de l'erreur sensiblement nulle (ZE). Sur la table 11, conforme à celle de la figure 9, on a repéré en A la "trajectoire" du moteur que l'on observe couramment dans ces conditions initiales. La correction négative (NG) initialement appliquée diminue le couple fourni par le moteur, ce qui ralentit encore celui-ci. En suivant la trajectoire A dans le sens de la flèche, il apparaít même que l'erreur E devient positive (E > ZE) c'est-à-dire que le régime tombe en dessous de la consigne NC ce qui est inacceptable (risque de calage du moteur).
Pour prévenir ce risque le superviseur 24, informé de ces conditions initiales, diminue alors le rapport des gains G1/G2 pour faire tourner de B en B' (voir figure 12) la droite image du lieu des états idéaux du moteur. Dans ces conditions, la trajectoire A de la figure 11 prend la forme A' représentée sur la figure 12. On observe que cette trajectoire rejoint alors la droite image du lieu des états idéaux sans passage du régime au-dessous du régime de consigne et donc sans risque de calage du moteur.
Comme on l'a vu plus haut, le superviseur peut utiliser comme informations d'entrée, le régime du moteur au "levé de pied" et, éventuellement, la "charge" du moteur qui dépend, par exemple, de la mise en service d'un compresseur de climatisation, ou encore l'information suivant laquelle le véhicule automobile propulsé par le moteur est roulant ou non.
Ainsi, par exemple, quand le véhicule est à l'arrêt moteur allumé, le superviseur règle le rapport des gains G1 et G2 de telle manière que, plus le régime au "levé de pied" est éloigné du régime de ralenti de consigne, plus l'inclinaison de la droite des corrections nulles ZE est forte (voir figure 6). De même, lorsque le véhicule roule, le superviseur règle le rapport des gains G1 et G2 de telle manière que cette droite soit proche de l'horizontale (voir figure 7).
Entre les deux situations décrites ci-dessus, en liaison avec les figures 8 et 9 d'une part et 10 à 12 d'autre part, toutes les situations intermédiaires sont possibles et le superviseur 24 adapte en conséquence le rapport G1/G2, en particulier en fonction du régime du moteur à l'entrée en phase de régulation de ralenti, comme on l'a vu plus haut.
Quand, lors d'une telle phase, le moteur continue d'entraíner le véhicule (pas d'action du conducteur sur la pédale de débrayage) il est préférable que le procédé de commande suivant l'invention diminue l'influence de l'erreur E en régime pour éviter les à-coups et vibrations nuisibles au confort et à l'agrément de la conduite du véhicule. Le superviseur tient alors compte de cette situation en diminuant l'influence du premier contrôleur 19 sensible à cette erreur, c'est-à-dire en diminuant le rapport G1/G2 des gains des deux contrôleurs.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, le superviseur 24 peut être conçu pour ajuster le rapport des gains, non seulement en fonction du régime et de la charge du moteur à l'entrée en phase de régulation de ralenti, mais aussi en fonction d'autres conditions initiales telles que la température de l'eau de refroidissement du moteur, la température de l'air etc...

Claims (13)

  1. Procédé de commande du régime (N) d'un moteur à combustion interne en phase de ralenti, par correction de la commande d'un actionneur influant sur ce régime en fonction de l'erreur E = NC - N entre un régime (NC) de consigne et le régime actuel (N), caractérisé en ce qu'on établit le lieu des états idéaux du moteur, défini par les couples de valeurs particulières de l'erreur (E) et de sa dérivée temporelle (E') correspondant à des états du moteur propres à rejoindre le régime de consigne (NC) sans correction de la commande de l'actionneur, par une variation monotone, rapide et sans à-coups du régime (N), et on corrige la commande de l'actionneur en fonction de l'écart entre l'état actuel (E,E') du moteur et le lieu des états idéaux de ce moteur.
  2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on tire une valeur (Δu) de la correction de la commande de l'actionneur, d'une table à deux entrées constituées respectivement par l'erreur (E) en régime et la dérivée temporelle (E') de cette erreur.
  3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la table contient des valeurs particulières (NTG à PTG) de la correction (Δu) de la commande de l'actionneur, associées chacune à un couple de valeurs particulières (NTG à PM) et (NM à PTG) de l'erreur (E) et de la dérivée de l'erreur (E'), respectivement.
  4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le lieu des états idéaux du moteur correspond dans ladite table à un jeu de cases (ZE) alignées sur une même droite.
  5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ladite droite se déduit d'une diagonale du tableau par rotation autour de la case correspondant à des valeurs nulles (ZE) de l'erreur (E) et de la dérivée (E') de cette erreur.
  6. procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on tire la correction (Δu) de la commande de l'actionneur d'une combinaison linéaire (G1.Δu1 + G2.Δu2) corrections partielles (Δu1,Δu2) tirées de ladite table et d'une deuxième table, respectivement, ladite deuxième table faisant correspondre à des valeurs particulières (NM à PTG) de la dérivée (E') de l'erreur des valeurs particulières (NM à PTG) de la correction partielle (Δu1) qu'elle détermine.
  7. Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les coefficients (G1,G2) de ladite combinaison linéaire sont fonction du régime (N) du moteur à l'entrée en phase de ralenti et, éventuellement, de la charge supportée par le moteur.
  8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend (a) des moyens (16,17,18) pour délivrer un premier signal représentatif de l'erreur (E) en régime et un deuxième signal représentatif de la dérivée temporelle (E') de cette erreur, à partir d'un signal délivré par un capteur (3) du régime actuel (N) du moteur et d'un signal représentatif d'une valeur prédéterminée du régime de consigne (NC) de ralenti et, (b) un contrôleur (19) alimenté par lesdits premier et deuxième signaux pour tirer une valeur (Δu) de correction de la commande de l'actionneur (11;12;13) desdits premier et deuxième signaux et de moyens de mémorisation de valeurs particulières de cette correction (Δu) en fonction de l'écart entre l'état actuel (E,E') du moteur tel qu'il est connu par ces signaux et le lieu des états idéaux de ce moteur.
  9. Dispositif conforme à la revendication 8, prise dans sa combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième contrôleur (19') alimenté par le deuxième signal représentatif de la dérivée (E') de l'erreur en régime du moteur, les premier (19) et deuxième (19') contrôleurs délivrant des premier (Δu1) et deuxième (Δu2) signaux de correction partielle de la commande de l'actionneur, fonctions de leurs signaux d'entrée respectifs, et des moyens (20,20',24) alimentés par ces signaux de correction partielle pour former un signal de correction (Δu) de la commande de l'actionneur, formé par combinaison linéaire des signaux (Δu1, Δu2) de correction partielle.
  10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens (20,20',24) de formation du signal (Δu) de correction de la commande de l'actionneur sont constitués par des amplificateurs (20),(20') de gain (G1),(G2) respectivement, alimentés par les signaux de sortie des premier (19) et deuxième (19') contrôleurs, respectivement, et par des moyens (25) pour additionner les signaux de sortie de ces amplificateurs (19,19').
  11. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de supervision (24) commandant les valeurs des gains (G1,G2) desdits amplificateurs de manière à faire tourner la droite image, dans la première table, du lieu des états idéaux du moteur, en fonction d'une stratégie de commande prédéterminée.
  12. Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de supervision (24) sont sensibles au régime (N) du moteur à l'entrée en phase de ralenti et, éventuellement, à la charge supportée par le moteur.
  13. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le paramètre commandé de l'actionneur est choisi dans le groupe constitué par : l'ouverture d'une vanne (13) de commande d'air additionnel, le temps d'ouverture d'un injecteur (11) de carburant, la commande d'un papillon motorisé de contrôle des gaz.
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