FR2895100A1 - Systeme et procede de pilotage d'un ouvrant motorise pour vehicule automobile. - Google Patents

Systeme et procede de pilotage d'un ouvrant motorise pour vehicule automobile. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un système de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé de véhicule automobile, par asservissement de sa vitesse à une consigne déterminée à partir d'une consigne de position, caractérisé en ce qu'il est réalisé par une unité de contrôle comprenant un observateur (2) qui reconstruit les états de l'ensemble ouvrant motorisé soumis à des perturbations, à partir de sa position calculée d'après un modèle (3) dudit ensemble ouvrant et à partir de la commande en tension de son actionneur délivrée par des moyens de régulation (1), et qui délivre une estimation de la vitesse de l'ensemble ouvrant et des perturbations, dont la pente du sol sur lequel se situe le véhicule, auxdits moyens de régulation destinés à fournir à l'actionneur une commande tenant compte de ces perturbations.

Description

Systeme et procede de pilotage d'un ouvrant motorise pour vehicule
automobile.
L'invention concerne un systeme et un procede de pilotage d'un systeme ouvrant motorise ou automatique pour vehicule automobile, tel qu'une porte later-ale coulissante, un hayon motorise ou un toit escamotable par exemple. La performance d'un tel systeme est souvent jugee par I'uniformite du mouvement dudit ouvrant concerns, c'est-a-dire sa vitesse, sa fluidite, et par la stabilite de ce mouvement au cours du temps.
Le probleme technique inherent a ces systemes d'ouvrants motorises est du aux perturbations exterieures auxquelles ils sont inevitablement soumis tout au long de leur cycle de vie. Ces perturbations exterieures sont principalement provoquees par des variations dans les conditions normales d'utilisation, c'est-a-dire quand le vehicule est en pente ou en devers, par des situations d'usage s'ecartant d'un usage normal , notamment quand la masse de ('ouvrant varie par adjonction d'un portebagages ou d'un porte-velo par exemple, et par le vieillissement des mecanismes.
Actuellement, les systemes ouvrants automatiques integrent une unite de controle, chargee d'elaborer un signal de commande, en position ou en vitesse, de ('ouvrant. Cette commande est ensuite traduite en signal de regulation bas niveau en tension ou en courant, et executee par un actionneur qui genere une force appliquee a ('ouvrant, provoquant ainsi son mouvement dans le sens de I'ouverture ou de la fermeture.
Generalement, ces strategies actuelles de commande par regulation pour systemes ouvrants motorises prevoient un asservissement d'un profil de vitesse cible de ('ouvrant par rapport a la consigne appliquee a ('actionneur ou au temps de reponse de celui-ci. Ces strategies presentent !'inconvenient de ne pas integrer de mecanismes destines a contrer les perturbations exterieures auxquelles est soumis ('ouvrant motorise, telles que la pente de la route, et qui peuvent entrainer des ecarts statiques dans la regulation en vitesse par rapport a la consigne, ecarts maintenus pendant toute la dui-6e d'une mission du systeme ouvrant.
Certains systemes actuels utilisent un capteur de pente specifique, ou inclinometre, soit dans le but de mieux moduler la regulation de la vitesse de I'ouvrant, soit pour maintenir I'actionneur bloque ou bien freiner I'ouvrant deja deplace dans le but d'eviter des mouvements provoques par la pente et par le propre poids de I'ouvrant.
Le but de ('invention est de pallier ces inconvenients, en rendant les systemes de pilotage des ouvrants motorises insensibles aux perturbations qui Ies affectent naturellement, en particulier celles qui sont provoquees par la pente du sol sur lequel se situe le vehicule et celles qui sont induites par la masse de I'ouvrant Iui-meme.
Pour cela, ('invention consiste a ajouter, dans le systeme de pilotage de ('ensemble ouvrant motorise d'un vehicule, un observateur defini dans le but de reconstruire ('ensemble des etats du systeme et de realiser le bilan des forces appliquees a I'ouvrant. Cet observateur realise ('estimation des perturbations, comme la pente du sol, sans adjonction de capteurs dedies a leurs mesures. Cette estimation est ensuite utilisee pour moduler la commande provoquant I'ouverture et la fermeture de I'ouvrant.
Un premier objet de !'invention est un systeme de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise de vehicule automobile, par asservissement de sa vitesse a une consigne determinee a partir d'une consigne de position, caracterise en ce quit est realise par une unite de controle comprenant un observateur qui reconstruit les etats de I'ensemble ouvrant motorise soumis a des perturbations, a partir de sa position mesuree et a partir de la commande de son actionneur delivree par des moyens de regulation, et qui delivre une estimation de la vitesse de ('ensemble ouvrant et des perturbations, dont la pente du sol sur lequel se situe le vehicule, auxdits moyens de regulation destines a fournir a I'actionneur une commande tenant compte de ces perturbations.
Selon une autre caracteristique du systeme de pilotage, !edit observateur estime, en fonction de la position de I'ouvrant mesuree et de la commande delivree par des moyens de regulation, plusieurs perturbations agissant sur ('ensemble ouvrant motorise, dont la pente du sol, les forces appliquees a I'ouvrant distinctes de celle appliquee par I'actionneur, les erreurs sur le gain du modele, c'est-a-dire d'une part sur le gain de I'actionneur de I'ouvrant et d'autre part sur la masse de ce dernier.
Selon une autre caracteristique du systeme de pilotage, I'observateur est construit a partir d'un modele de ('ensemble ouvrant motorise, qui considere d'une part que I'actionneur est represents par sa fonction de transfert egale au quotient de la force qu'il genere et applique a ('ouvrant, par le signal de commande qu'il regoit, le gain de cette fonction de transfert etant connu, et d'autre part que ('ouvrant est egalement soumis a son poids en cas de pente du sol.
Un second objet de ('invention est un procede de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise de vehicule automobile, par asservissement de sa vitesse a une consigne determinee a partir d'une consigne de position par cartographie, caracterise en ce qu'il comprend ('estimation de la vitesse de ('ouvrant d'une part et des perturbations auxquelles tl est soumis d'autre part par un observateur a partir de la position mesuree et de la commande destinee au moteur de ('ouvrant, puis I'etablissement d'une premiere commande issue d'un regulateur recevant en entree la difference entre la consigne de vitesse obtenue par cartographie en fonction de la position mesuree et une estimation de la vitesse delivree par I'observateur, a laquelle s'ajoute une seconde commande etablie en fonction des perturbations estimees pour ('ensemble ouvrant.
D'autres caracteristiques et avantages de I'invention apparaitront a la lecture de la description d'un exemple de realisation, illustree par les figures suivantes qui sont :
la figure 1 : un schema fonctionnel d'un systeme de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise selon ('invention ; Ia figure 2: un schema fonctionnel d'un exemple de modele d'un ensemble ouvrant motorise utilise dans un systeme de pilotage selon I'invention ; la figure 3 : un systeme de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise selon I'invention.
Comme le montre le schema de la figure 1, le systeme de pilotage d'un ouvrant 30 motorise pour vehicule automobile est realise par une unite de controle destinee a asservir la vitesse de deplacement dudit ouvrant a une consigne, determinee a partir d'une consigne de position par cartographie tors de la mise au point du vehicule. Pour cela, it comprend des moyens de regulation 1 recevant en entree d'une part la position x de ('ouvrant donnee par un capteur, et d'autre part une estimation de sa vitesse z et 35 des perturbations, dont la pente a , auxquelles it est soumis. Les estimations sont delivrees par un observateur 2 qui est destine a reconstruire les Mats de I'ensemble 25 ouvrant motorise, avec certaines hypotheses, a partir de la commande en tension U du moteur et de la position x de I'ouvrant. L'observateur est construit a partir d'un modele 3 de I'ensemble ouvrant motorise, qui recoit en entree d'une part la commande U en tension du moteur et d'autre part les perturbations, dont la pente a, comme le montre le schema fonctionnel de la figure 2. Le modele, applicable a tout type d'ouvrant motorise, tel que porte, hayon, se soulevant ou coulissant, considere que le moteur est represents par sa fonction de transfert H(s) egale au quotient de la force Fa qu'il genere et applique a I'ouvrant, par le signal de commande U qu'il recoit. Selon ('invention, cette fonction de transfert peut titre une fonction quelconque, mais qui est connue, soit donnee par le fournisseur du moteur, soit identifiee sur le vehicule et dont on connait le gain K. L'ouvrant qui est soumis a cette force Fa est egalement soumis a son poids en cas de pente. Le bilan des forces qui s'appliquent a ('ensemble ouvrant motorise s'ecrit dans le cas d'un hayon, selon ('equation E, : (El) m•1=Fa+mg•sina ou x est la position de I'ouvrant, I est son acceleration et a est la pente en radians. 20
La representation generique de I'ensemble ouvrant avec son actionneur, definie par le modele qui recoit la commande U de I'actionneur et la pente a en entree et delivre sur sa sortie y la position x de I'ouvrant, est la suivante, dans le cas d'une fonction de transfert H(s) frequentielle, par exemple du premier ordre de gain K : F K 25 H(s) = _ U 1+sz r0 1 o o " "x " 0
z 0 0 1/m g x 0
Fa 0 0 -1/z 0 F'Q + K/r U 0 0 0 , a ~0 ~ et y=(1 0 0 0 en supposant que la pente est faible, donc que sin a = a, et constante, donc que sa derivee est nulle a = 0.
L'observateur reconstruit ['ensemble des Mats du systeme ouvrant motorise avec certaines hypotheses, a partir de la commande en tension U du moteur et de la position x de I'ouvrant mesuree. II delivre une estimation des Mats du systeme, en particulier de la vitesse de I'ouvrant z et des perturbations a . Les equations de I'observateur sont les suivantes : (0 1 0 0 1/x l 0 0 1/m g x o o -1/r o Fa 0 0 0 0/a v+Kob$(.yù.v) + y=(1 0 0 0 et Kobs = 'k k2 k3 k4, x Fa a le gain Kobs de I'observateur pouvant titre determine par exemple par une methode d'optimisation H2.
L'observateur n'estime pas uniquement la pente mais ('ensemble des perturbations agissant sur I'ouvrant motorise, comme une force appliquee manuellement par I'utilisateur ou par ajout d'un poids, ou comme les erreurs sur le gain du modele c'est-e-dire sur la masse de I'ouvrant ou le gain K de I'actionneur.
Une estimation de la vitesse x de I'ouvrant est alors envoyee a ('entree des moyens de regulation 1, comme le montre le schema electronique de la figure 3, qui est un exemple non limitatif d'un systeme de pilotage selon I'invention.
Concernant ('estimation des perturbations que delivre I'observateur, et qui doivent titre prises en compte pour le regulateur, seules Ies perturbations constantes, c'est-a-dire principalement la pente du sol et les erreurs du modele sont a considerer, les autres perturbations, telles que le bruit par exemple, ne devant pas titre retenues. Pour cela, un automate 4 recoit donc en entree un signal Si de debut d'ouverture ou fermeture de 1'ouvrant d'une part et ('estimation des perturbations fournie par I'observateur d'autre part, et apres une temporisation predefinie afin de figer ('estimation des perturbations delivree par I'observateur quelques instants apres le demarrage d'une manoeuvre de deplacement de I'ouvrant, it memorise la valeur de cette estimation, qui est ensuite envoyee aux moyens de regulation 1 devant en tenir compte pendant I'asservissement de la vitesse de I'ouvrant pour delivrer une commande U optimale au moteur 5 de I'ouvrant.
Comme le montre la figure 3, la regulation de la vitesse de deplacement de I'ouvrant, par asservissement de la valeur estimee :r par I'observateur 2 a une consigne z~ determinee par cartographie 6 a partir d'une consigne de position, comprend I'etablissement d'une premiere commande U, issue d'un regulateur 7, de type PID par exemple, recevant en entree la difference entre la vitesse estimee et la consigne, a laquelle va s'ajouter une seconde commande U2 etablie en fonction des perturbations estimees pour I'ensemble ouvrant motorise.
Le bilan statique des forces qui s'appliquent a I'ouvrant est le suivant : F +mg•a=K*U+mg•a=0 de sorte que la commande U2 permettant de compenser les perturbations est egale a : U2 =ùm~ . a K Cette commande U2 est obtenue en sortie d'un multiplicateur 9 de ('estimation des 25 perturbations, de gain Ka egal a : Ka K - -m/ Ces deux commandes U1 et U2 s'ajoutent puis passent dans un saturateur 8 30 avant de constituer la commande U envoyee a I'actionneur 5 de I'ouvrant. Ainsi, un second objet de I'invention est un procede de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise de vehicule automobile, par asservissement de sa vitesse a une consigne determinee a partir d'une consigne de position par cartographie, qui 35 comprend I'estimation de la vitesse de I'ouvrant et des perturbations auxquelles it est soumis par un observateur a partir de la position mesuree et de la commande U destinee au moteur de I'ouvrant, puis I'etablissement d'une premiere commande U, issue d'un regulateur 7 recevant en entree la difference entre la consigne de vitesse issue d'une cartographie en fonction de la position mesuree et une estimation de la vitesse delivree par I'observateur, a laquelle s'ajoute une seconde commande U2 etablie en fonction des perturbations estimees pour I'ensemble ouvrant.
Grace a ('integration de I'observateur, qui estime les perturbations subies par ('ensemble ouvrant motorise, dans le controle de la vitesse, le reglage du regulateur est facilite. On peut alors choisir un regulateur de type proportionnel integral , dont la composante integrale est faible pour assurer sa robustesse et donc une marge de stabilite importante. Un regulateur de type PI ou PID associe a des moyens d'estimation des perturbations respecte beaucoup mieux la consigne de vitesse de deplacement de I'ouvrant qu'un regulateur de meme type sans estimateur. De plus, une etude frequentielle montre que les marges de stabilite du regulateur sont plus grandes quand it tient compte de ('estimation des perturbations. Cela permet de ne pas augmenter le gain d'un regulateur PID par exemple ne prenant pas en compte les perturbations, car une telle modification de gain engendre une diminution des marges de stabilite et donc une moins bonne robustesse de la regulation.
L'estimation des perturbations realisee par I'observateur selon I'invention permet de reconstruire I'ensemble des perturbations constantes, principalement la pente de la route et les erreurs dans le modele de I'ensemble ouvrant motorise.
Une variante du procede de pilotage selon I'invention consiste a dissocier ces deux perturbations a ('aide d'une procedure d'apprentissage sur sol plat en sortie de chaine du vehicule, de fawn a eliminer la perturbation due a la pente dans un premier temps et a ne considerer que les erreurs de modele dans un deuxieme temps. Ces erreurs sont de deux types : d'une part sur le gain K de I'actionneur de I'ouvrant et d'autre part sur la masse m de ce dernier. Le gain total Gt de I'ensemble ouvrant etant egal au quotient du gain K par la masse :
Gt=K/m ces deux erreurs peuvent titre regroupees en une seule erreur sur le gain total Gt.
Les equations dynamiques de ('ensemble ouvrant motorise sont les suivantes : EKIT \O 1 20 Les avantages de ce systeme de pilotage du deplacement d'un ensemble ouvrant motorise sont de trois ordres : Ce facteur de correction E est ensuite utilise pour corriger le gain Ka sur la pente, dans le multiplicateur 9, qui devient : Ka = ù mg e*K '0 et dans la matrice B de I'observateur, qui devient 0 - en cas d'absence d'erreur sur le modele : mz=FQ =K*U - en cas de gain reel different du gain theorique : z=e*Gr *U+ga le terme a' representant les perturbations dues au modele et differentes de la pente a du sol, et E etant le facteur de correction des erreurs du modele. On obtient : s=1ù g a Gt *U
10 En pratique, en sortie de chaine du vehicule sur sol plat, la commande U du moteur et la perturbation estimee a' lors d'une ouverture sont memorisees et les valeurs maximales, negatives ou positives, de U et de a' sont detectees. Pour faciliter la determination du facteur de correction E, la commande U est saturee afin que leurs 15 maxima respectifs se situent sur un point stable. une facilite de reglage du regulateur proprement dit ; une absence d'erreur statique sur le suivi de la consigne de la vitesse 25 d'ouverture/fermeture de I'ouvrant ; une plus grande marge de stabilite et donc une meilleure robustesse.
L'utilisation d'un capteur de pente specifique, ou d'un accelerometre, a installer ou deja prevu dans les systemes de frein de parking automatique, d'aide au demarrage 30 en cote ou encore d'ESP (Electronic Stability Program), peut servir a ameliorer encore Ia regulation du systeme. Mais I'invention ne requiert pas I'utilisation de ce type de capteurs et ameliore ainsi le fonctionnement des ouvrants motorises sur les vehicules5 dont ('architecture ne permet pas la mise a disposition des donnees fournies par ces capteurs ou de ceux qui ne sont pas equipes.
L'invention est applicable preferentiellement sur tout type d'ouvrants motorises, porte, hayon, toit escamotable notamment, principalement sur des vehicules automobiles prives, de transports publics ou industriels. Elie peut egalement titre utilisee par tout systeme de motorisation charge de I'actionnement d'hlements mecaniques, dont les missions incluent le fonctionnement sur differentes pentes ou pour lesquelles ce parametre peut influencer les performances, telles que pelles ou bras mecaniques, antennes ou radars motorises par exemple, months sur vehicules terrestres.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    , 1. Systeme de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise de vehicule automobile, par asservissement de sa vitesse a une consigne determinee a partir d'une consigne de position, caracterise en ce qu'il est realise par une unite de controls comprenant un observateur (2) qui reconstruct les etats de ('ensemble ouvrant motorise soumis a des perturbations, a partir de sa position mesuree et a partir de la commande en tension de son actionneur delivree par des moyens de regulation (1), et qui delivre une estimation de la vitesse de ('ensemble ouvrant et des perturbations, dont la pente du sol sur lequel se situe le vehicule, auxdits moyens de regulation destines a fournir a I'actionneur une commande tenant compte de ces perturbations.
  2. 2. Systeme de pilotage selon la revendication 1, caracterise en ce que !edit observateur (2) estime, en fonction de la position (x) de I'ouvrant mesuree et de la commande (U) en tension delivree par des moyens de regulation (1), plusieurs perturbations agissant sur ('ensemble ouvrant motorise, dont la pente (a) du sol, les forces appliquses a I'ouvrant distinctes de cells appliquee par I'actionneur, les erreurs sur le gain du modele, c'est-a-dire d'une part sur le gain (K) de I'actionneur de I'ouvrant et d'autre part sur la masse (m) de ce dernier.
  3. 3. Systeme de pilotage selon les revendications 1 et 2, caracterise en ce que I'observateur (2) est construit a partir d'un modele (3) de ('ensemble ouvrant motorise, qui considers dune part que I'actionneur est represents par sa fonction de transfert H(s) egale au quotient de la force (Fa), qu'il genere et applique a I'ouvrant, par le signal de commande (U) qu'il recoit, le gain (K) de cette fonction de transfert etant connu, et d'autre part que I'ouvrant est egalement soumis a son poids on cas de pente du sol.
  4. 4. Systeme de pilotage selon ('une des revendications 1 a 3, caracterise en ce qu'il comprend de plus un automate (4) qui recoit on entree un signal (Si) de debut d'ouverture ou fermeture de I'ouvrant d'une part et ('estimation des perturbations fournie par I'observateur (2) d'autre part, et qui, apres une temporisation predefinie afin de figer ('estimation des perturbations delivree par I'observateur quelques instants apres le demarrage d'une manoeuvre de deplacement de I'ouvrant, memorise la valeur de cette estimation qui est ensuite envoyee aux moyens de regulation (1) devant on tenir compte pendant I'asservissement de la vitesse de I'ouvrant pour delivrer une commande (U) optimale a I'actionneur de I'ouvrant. p
  5. 5. Procede de mise en ceuvre du systeme de pilotage d'un ensemble ouvrant motorise de vehicule automobile, par asservissement de sa vitesse a une consigne determinee a partir d'une consigne de position par cartographie, selon les revendications 1 a 4, caracterise en ce qu'il comprend ('estimation de la vitesse ~.0 de I'ouvrant d'une part et des perturbations auxquelles iI est soumis d'autre part, par un observateur a partir de la position (x)mesuree et de la commande (U) destinee a I'actionneur de I'ouvrant, puis I'etablissement d'une premiere commande (U,) issue d'un regulateur (6) recevant en entree la difference entre la consigne de vitesse ) obtenue par cartographie en fonction de la position mesuree et une estimation de la vitesse x'') delivree par I'observateur, a laquelle s'ajoute une seconde commande (U2) etablie en fonction des perturbations estimees (a) pour ('ensemble ouvrant.
  6. 6. Procede de mise en ceuvre du systeme de pilotage selon la revendication 5, caracterise en ce qu'il dissocie I'estimation des perturbations, auxquelles est soumis ('ensemble ouvrant motorise, dues a la pente du sol de celles dues aux erreurs dans le modele dudit ensemble a ('aide d'une procedure d'apprentissage sur sol plat en sortie de chaine du vehicule, de fawn a eliminer la perturbation due a Ia pente dans un premier temps et a ne considerer que les erreurs de modele dans un deuxieme temps, ces erreurs etant de deux types, d'une part sur le gain de I'actionneur de I'ouvrant et d'autre part sur la masse de ce dernier, le gain total de I'ensemble ouvrant etant egal au quotient du gain par la masse.
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