FR2779768A1 - Procede et dispositif de regulation du fonctionnement d'un moteur a combustion interne lors d'un retour en regime de ralenti - Google Patents
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Abstract
Suivant ce procédé, dans un état appelant un retour en régime de ralenti, on détermine une consigne courante de couple (Ccons ) à partir d'une valeur de consigne (Ncons ) pour ledit régime et d'une estimation du couple résistant (Cres ) appliqué au moteur, de manière à réguler continûment le régime du moteur lors du retour au régime de ralenti et lors du régime de ralenti subséquent, et on régule le couple délivré par le moteur à partir de ladite consigne (Ccons ). On détermine cette dernière en choisissant pour celle-ci une valeur qui fait converger vers zéro la grandeur variable epsilon = (N2 - z-1 N2 ) + ffrr- (N2 -Ncons 2 ), où N et z-1 N sont des valeurs du régime du moteur mesurées, respectivement, à l'instant d'échantillonnage courant et l'instant d'échantillonnage précédent, ffrr un coefficient positif borné par un seuil fonction du couple résistant estimé (Cres ), du régime courant (N) et du régime de consigne (Ncons ).
Description
La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de
régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne commandé en couple, lors d'un retour en régime de ralenti de ce moteur. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé et à un dispositif associés à un moteur à combustion interne
propulsant un véhicule automobile.
Comme schématisé à la figure 1 du dessin annexé, dans un tel véhicule 1, le fonctionnement du moteur 2 est couramment géré par un calculateur électronique numérique 3 qui reçoit des signaux venus de divers groupes de capteurs 4,5 sensibles à des paramètres affectant le fonctionnement du moteur (pression d'admission, régime du moteur, température de l'eau de refroidissement, activation d'un climatiseur ou d'une assistance pour la direction du véhicule, etc...). Le calculateur 1 est dûment programmé pour élaborer, à partir de signaux fournis par les groupes de capteurs 4,5 des signaux de commande des divers actionneurs 6 agissant sur le moteur, injecteurs de carburant, bougies d'allumage du mélange air/carburant, etc..., de manière que le moteur délivre un couple correspondant à celui demandé par le conducteur. Un capteur de position d'une pédale d'accélérateur du véhicule (non représentée) délivre au calculateur 3 un signal représentatif de cette demande de couple. On connaît des calculateurs qui sont en outre équipés d'un régulateur de couple. Un tel régulateur de couple permet, par exemple, de prendre en compte la montée d'une pente par le véhicule, l'activation de consommateurs de couple
tels qu'une direction assistée ou un climatiseur, etc...
Dans le cadre d'une telle régulation, le calculateur peut couramment agir, outre sur le temps d'ouverture des injecteurs de carburant et l'angle d'avance à l'allumage du mélange air/carburant, sur l'angle d'ouverture du papillon des gaz, ce papillon étant alors "motorisé", et sur d'autres moyens additionnels éventuels permettant d'agir sur la quantité d'air entrant dans le moteur,
notamment en régime de ralenti.
Lorsque le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur, un capteur dit de "position pied levé" informe le calculateur 3 de cette situation. Une stratégie de retour du moteur en régime de ralenti est alors exécutée par le calculateur. Cette stratégie comporte essentiellement deux phases, une phase de retour au ralenti pendant laquelle la vitesse de rotation N du moteur descend de la valeur atteinte à l'instant du levé de pied jusqu'à une valeur de consigne de ralenti Ncons, puis une phase de régulation de la vitesse de ce moteur autour de cette valeur Noons, malgré des variations de charge ou de température du moteur par exemple, ou des perturbations aléatoires affectant le fonctionnement de
ce moteur (ratés de combustion, par exemple).
On connaît du brevet FR-A-2 716 417 (Robert Bosch) un procédé de régulation du régime de ralenti qui passe par le calcul d'une consigne de couple. Le procédé décrit n'assure cependant que la régulation du régime de ralenti. Il n'assure pas la commande du retour à ce
régime, qui exige alors un procédé de commande différent.
On connaît de US-A-5 630 394 (Ford Motor Company) un procédé qui gère successivement le retour en régime de ralenti puis la régulation de ce régime. Le procédé décrit est cependant incompatible avec la présence, dans le calculateur 3, d'un régulateur de couple. En outre, la gestion de la transition entre la phase de retour en régime de ralenti et la phase de régulation de ce régime autour d'une valeur de consigne doit être très précise pour éviter un calage du moteur. Cette contrainte accroît la complexité du procédé et donc alourdit sa mise au
point.
Le brevet EP 0 694 121 (Siemens Automotive S.A.) décrit un procédé de commande d'un moteur à combustion interne lors d'une entrée en régime de ralenti, le moteur étant associé à des moyens d'asservissement de son régime à une valeur de consigne prédéterminée. A la détection d'un état de fonctionnement du moteur appelant une entrée en régime de ralenti, on commande une décroissance du régime de consigne du moteur suivant une loi temporelle prédéterminée, couvrant à la fois la phase de retour au
régime de ralenti et le régime de ralenti proprement dit.
Outre que le procédé décrit est adapté à un moteur asservi en régime et non en couple, il faut remarquer que la loi de décroissance est figée et ne tient pas compte de variations éventuelles de la charge du moteur ou d'autres conditions de fonctionnement de ce moteur, qui influent directement sur la dynamique naturelle de décroissance du régime. Il peut d'une part en résulter des désagréments dans la conduite du véhicule. D'autre part, lorsque la régulation de régime comporte un terme intégral, comme c'est par exemple le cas d'une régulation PI, PID ou LQI, il en résulte aussi le risque important que ce terme se charge pendant la décroissance du régime puis se décharge en induisant un sous-régime lorsque la
consigne de ralenti est stabilisée.
La présente invention a pour but de fournir un procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, lors d'un retour en régime de ralenti, qui ne présente aucun des inconvénients des procédés décrits ci-dessus et qui soit bien adapté à un
moteur commandé en couple.
La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé qui assure la phase de retour au régime de ralenti et la phase de régulation de ce régime sans qu'il soit besoin de distinguer ces deux phases pendant le
fonctionnement du moteur.
La présente invention a encore 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 apparaîtront à la lecture de la description
qui va suivre, avec un procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne commandé en couple, lors d'un retour en régime de ralenti, ce procédé comportant les étapes suivantes: a) on détermine si un état appelant un retour au régime de ralenti est présent, b) dans l'affirmative, on détermine une consigne courante de couple à partir d'une valeur de consigne pour ledit régime de ralenti et d'une estimation du couple résistant appliqué au moteur, de manière à réguler continûment le régime du moteur lors du retour au régime de ralenti et lors du régime de ralenti subséquent, et c) on régule le couple délivré par le moteur à
partir de ladite consigne courante de couple.
Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on détermine la consigne courante de couple en choisissant pour celle- ci une valeur qui fait converger vers zéro la grandeur variable ú définie par l'expression:
2 -1 2 2 2
= (N2 - z- N2) + ffrr (N -Ncons) o - N et z N sont les valeurs du régime du moteur mesurées, respectivement, à l'instant d'échantillonnage courant et à l'instant d'échantillonnage précédent, - ffrr est un coefficient positif borné par un seuil fonction du couple résistant estimé Cres, du régime
courant N et du régime de consigne Ncons-
Comme on le verra plus loin en détail, la régulation du moteur à travers la grandeur E permet de fusionner le retour au ralenti et la régulation de ralenti avec toute la souplesse requise, cette régulation étant parfaitement
adaptée à un moteur asservi en couple.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant a) des moyens de détection de l'apparition d'un état appelant un retour en régime de ralenti, b) des moyens pour déterminer alors une valeur de consigne pour ce régime, c) des moyens d'estimation du couple résistant alors appliqué au moteur, d) des moyens de calcul d'une valeur de consigne courante pour le couple que doit délivrer le moteur, à partir de ladite valeur de consigne courante de régime de ralenti et dudit couple résistant, pour amener continûment le régime du moteur à ladite valeur de consigne et réguler celle-ci, et e) des moyens de régulation du couple moteur à ladite valeur de consigne courante. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la
description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé
dans lequel: - la figure 1 représente l'architecture du dispositif de régulation suivant l'invention, déjà partiellement décrite en préambule de la présente
description, et
- la figure 2 est un organigramme d'un programme de mise en oeuvre du procédé de régulation suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé o il apparaît que le calculateur 3 du dispositif suivant l'invention comprend essentiellement un estimateur 7 du couple résistant Cres appliqué au moteur 2, un régulateur 8 de régime caractéristique de la présente invention et comprenant, comme on le verra plus loin, des moyens de calcul d'une valeur de consigne courante Ccons pour le couple que doit délivrer le moteur 2, à partir d'une valeur de consigne courante Nons du régime de ralenti et du couple résistant Cres estimé par l'estimateur 7, et un régulateur 9 du couple moteur à la valeur de consigne
courante Ccons, ce dernier régulateur étant connu en lui-
même, tout comme l'estimateur 7. Les signaux de mesure délivrés par les groupes de capteurs 4 et 5 sont sélectivement délivrés à l'estimateur de couple 7, au régulateur de régime 8 et au régulateur de couple 9 en fonction des besoins connus de l'estimateur 7 et du régulateur 9. En ce qui concerne le régulateur 8, les signaux reçus seront précisés dans la suite. Parmi les capteurs de paramètres de fonctionnement du véhicule, on trouve classiquement un capteur d'angle d'enfoncement de la pédale d'accélérateur (non représentée) et un capteur sensible à l'arrivée de ladite pédale dans la position "pied levé". C'est ce dernier capteur qui signale au calculateur 3 que le véhicule se trouve dans un état appelant un retour au régime de ralenti. D'autres conditions optionnelles peuvent être posées pour déclencher un tel retour telles que, par exemple, le passage de la vitesse de rotation du moteur
en dessous d'un seuil.
L'estimateur de couple 7 est constitué par un logiciel mis en mémoire dans le calculateur 3. Les entrées du logiciel sont des valeurs numériques de mesure fournies par des capteurs des groupes 4 et 5, permettant à ce logiciel de calculer ou d'évaluer les divers couples résistants dont la somme s'oppose au couple délivré par le moteur 2. Ces couples résistants sont essentiellement ceux consommés dans le moteur, notamment par des frottements, et par des accessoires du véhicule consommateurs d'énergie tels qu'un alternateur, un compresseur de climatiseur, une pompe de direction assistée, etc... Le couple résistant Cres ainsi calculé
est fourni au régulateur de régime 8.
Le régulateur de régime 8 comprend des moyens de détermination d'une valeur de régime de consigne Ncons de ralenti, fonction d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur tels que, par exemple, la température de l'eau du moteur, l'état de fonctionnement du climatiseur, l'état de fonctionnement de la direction assistée... Cette valeur est tirée d'une "cartographie" de Ncons dont les entrées sont constituées par ces paramètres, ladite cartographie étant enregistrée dans la
mémoire du calculateur 3.
Le régulateur de régime 8 comprend aussi des moyens logiciels conçus pour calculer, à partir du régime N du moteur, de la consigne de régime de ralenti Ncons et du couple résistant Cres fourni par l'estimateur 7, la valeur Ccons de la consigne courante de couple que le moteur doit fournir pour corriger les variations du régime de manière que celles-ci fassent converger la valeur de régime N du
moteur vers la consigne de ralenti Ncons.
Ces moyens logiciels exécutent le programme de calcul illustré à la figure 2, à laquelle on se réfère maintenant. Le programme de calcul est exécuté cycliquement dès qu'une entrée en régime de ralenti est déclenchée par un signal venu du capteur de position "pied levé" de la pédale d'accélérateur, et par d'autres signaux optionnels
éventuels, comme on l'a vu plus haut.
A l'étape 100, le régulateur de régime 8 reçoit les valeurs des paramètres de fonctionnement du moteur 2 fourni par les groupes de capteurs 4,5, notamment la valeur de régime N de ce moteur, et la valeur du couple
résistant Cres calculée par l'estimateur 7.
A l'étape 110, le régulateur de régime 8 tire d'une cartographie la valeur de la consigne de régime de
ralenti Ncons, comme on l'a vu plus haut.
A l'étape 120, suivant une caractéristique de la présente invention, le régulateur 8 calcule un coefficient ffrr choisi de manière à respecter la relation suivante: < <ffdyn Cres (1) 0 <ffrr < N2-_N2c n (1) N -N cons o ffdyn est une constante fonction des caractéristiques du moteur. Pour un moteur à combustion interne à quatre temps, par exemple, ffdyn = avec ncy1 = nombre cylJ mot
de cylindres du moteur, Jmot, inertie du moteur.
On démontre que le respect de la double inégalité (1) ci-dessus assure que la valeur de la consigne de couple Ccons calculée par le régulateur 8 suivant la procédure explicitée ci-dessous reste, comme il se doit, positive. Dans le respect de la double inégalité (1) on peut choisir pour ffrr, par exemple: fr ffdyn Cres (2) ffrr =(2 2N2 ou encore: ffdyn'Cres ffrr = n(N+Nre5 (3) N(N+Ncons) A l'étape 130, suivant une autre caractéristique de la présente invention, le régulateur 8 calcule une grandeur variable E, à partir des carrés du régime N, de la mesure précédent ce régime z 1N mise en mémoire lors du cycle de calcul précédent, et de la valeur de la consigne Noons du régime de ralenti, cette variable e prenant la forme: = (N2 - z-iN2) + ffrr (N - Ncons) (4) s est la variable régulée par le régulateur de régime 8. Pour ce faire, le régulateur calcule, à l'étape , la valeur de la consigne de couple Consr à transmettre au régulateur de couple 9, qui fait converger
s vers zéro.
A l'étape 150, la valeur mesurée actuelle du régime N est mise en mémoire, o elle remplace la valeur précédente z-1N. La consigne de couple Ccons est finalement adressée, à l'étape 160, au régulateur de couple 9 qui assure la régulation du moteur 2 aussi bien lors du fonctionnement du moteur en régime de ralenti qu'en régime normal. Ce régulateur peut d'ailleurs, à cet effet, recevoir des consignes de couple d'autres dispositifs, hors régime de retour en ralenti ou de
ralenti subséquent.
Le calcul de la valeur de consigne Ccons qui fait converger c vers zéro peut être exécuté à l'aide de l'un de plusieurs algorithmes de régulation bien connus de
l'homme de métier.
On remarquera que la variable c comprend un premier terme (N - z 1N2) qui fait apparaître deux échantillons successifs z- 1N et N de la vitesse, ou régime, du moteur, ce terme étant donc sensible à la variation courante de cette vitesse. Le deuxième terme de s, soit ffrr(N - Ncons2) est, lui, sensible à l'écart de la vitesse courante N à
la vitesse de consigne Ncons.
Ainsi, lorsque le régime du moteur est élevé, et donc éloigné du régime de ralenti Ncons, c'est le premier terme qui est prépondérant dans E car ffrr est petit, alors que, lorsque le régime est proche du ralenti, c'est le deuxième terme qui prédomine car ffrr est grand. C'est ainsi que la régulation du moteur à travers la variable s permet d'assurer la régulation aussi bien pendant la phase de retour au ralenti que pendant la phase de ralenti proprement dit, et ceci sans discontinuité et donc avec souplesse et simplification de la mise au point, en conformité avec l'un des buts poursuivis par la
présente invention.
Claims (9)
1. Procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne commandé en couple, lors d'un retour en régime de ralenti, caractérisé en ce que: a) on détermine si un état appelant un retour au régime de ralenti est présent, b) dans l'affirmative, on détermine une consigne courante de couple (Ccons) à partir d'une valeur de consigne (Ncons) pour ledit régime de ralenti et d'une estimation du couple résistant (Cres) appliqué au moteur, de manière à réguler continûment le régime du moteur lors du retour au régime de ralenti et lors du régime de ralenti subséquent, et c) on régule le couple délivré par le moteur à
partir de ladite consigne courante de couple.
2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la consigne courante de couple (Ccons) en choisissant pour celle-ci une valeur qui fait converger vers zéro la grandeur variable (s) définie par l'expression: = (N2 _- z-N2) + ffrr (N2 - Ncons2), o - N et z-1N sont des valeurs du régime du moteur mesurées, respectivement, à l'instant d'échantillonnage courant et l'instant d'échantillonnage précédent, - ffrr est un coefficient positif borné par un seuil fonction du couple résistant estimé (Cres), du régime
courant (N) et du régime de consigne (Ncons).
3. Procédé conforme à la revendication 2, dans lequel le coefficient (ffrr) est tel que: ffdyn Cres ffrr <2)
(N2 - N...
o ffdyn =,m ncyl et Jmot étant respectivement K. *nc 1 *.Jot le nombre de cylindres du moteur et le moment d'inertie
de son arbre de sortie.
4. Procédé conforme à la revendication 3, dans lequel le coefficient (ffrr) est tel que: f fdyn Cres ffrr = 2N2
5. Procédé conforme à la revendication 3, dans lequel le coefficient (ffrr) est tel que: f fdynCres N(N +Ncons)
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: a) des moyens de détection de l'apparition d'un état appelant un retour en régime de ralenti, b) des moyens pour déterminer alors une valeur de consigne (Ncons) pour ce régime, c) des moyens d'estimation du couple résistant (Cres) alors appliqué au moteur, d) des moyens de calcul d'une valeur de consigne courante (Ccons) pour le couple que doit délivrer le moteur, à partir de ladite valeur de consigne courante (Ncons) de régime de ralenti et dudit couple résistant (Cres), pour ramener continûment le régime (N) du moteur à ladite valeur de consigne (Ncons) et réguler celle-ci, et e) des moyens de régulation du couple moteur à
ladite valeur de consigne courante (Ccons).
7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul et de régulation du régime du moteur comprennent a) des moyens de calcul de l'expression E = (N2 - z1 N) + ffrr(N -Ncons2) o N et z- 1N sont les valeurs du régime du moteur mesurées, respectivement, à un instant d'échantillonnage courant et à l'instant d'échantillonnage précédent, ffrr un coefficient positif borné par un seuil fonction du couple résistant estimé (Cres), du régime courant (N) du moteur et du régime de consigne (Ncons) déterminé, et) des moyens pour déterminer la consigne courant de couple (Ccons) en choisissant pour celle-ci la valeur qui fait
converger (ú) vers zéro.
8. Dispositif conforme à l'une quelconque des
revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il est
intégré à un calculateur de gestion de fonctionnement du moteur.
9. Véhicule automobile propulsé par un moteur à combustion interne associé à un dispositif conforme à
l'une quelconque des revendications 6 à 8.
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