FR2896354A1

FR2896354A1 - Dispositif de commande adaptative d'un actionneur, en particulier d'embrayage ou de boite de vitesses

Info

Publication number: FR2896354A1
Application number: FR0650189A
Authority: FR
Inventors: Pascal Maurel
Original assignee: Valeo Embrayages SAS
Current assignee: Valeo Embrayages SAS
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-07-20
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: CN101008838B; DE102007003771A1; DE102007003771B4; FR2896354B1; CN101008838A

Abstract

Dispositif de commande adaptative d'un actionneur, par exemple d'embrayage pour véhicule automobile, comprenant un moteur électrique (14) à courant continu alimenté par un pont en H (16) et piloté par un circuit (32) d'asservissement en position et un circuit (34) d'asservissement par boucle de courant, le circuit à boucle de courant comprenant un correcteur (60) du type P-1 à anti-saturation qui délivre un signal (62) de rapport cyclique appliqué au point en H (16) pour déterminer la tension d'alimentation du moteur électrique (14).

Description

1 L'invention concerne un dispositif de commande adaptative d'un

actionneur, en particulier d'embrayage ou de boîte de vitesses pour véhicule automobile, ce dispositif comprenant un moteur électrique à courant continu alimenté en énergie par l'intermédiaire d'un pont en H commandé par un microprocesseur, au moins un capteur détectant la position d'un organe déplacé par l'actionneur, un circuit d'asservissement en position de cet organe et un circuit d'asservissement par boucle de courant monté en cascade avec le circuit d'asservissement en position. On connaît, par le document WO-A-2004/10202, un dispositif de pilotage d'un actionneur qui est basé sur l'identification des paramètres des équations électromécaniques du moteur électrique de l'actionneur.

La présente invention a pour but de préciser les caractéristiques de ce dispositif quand le moteur électrique est alimenté par l'intermédiaire d'un pont en H, d'une façon permettant de simplifier la fonction du correcteur du circuit d'asservissement en position en minimisant l'influence de la tension d'alimentation et de la résistance électrique du moteur de l'actionneur.

De façon classique, les dispositifs électromécaniques de commande d'un embrayage ou d'une boîte de vitesses comprennent en général au moins un moteur électrique, souvent à courant continu, un module de puissance pour l'alimentation de ce moteur, un capteur de position d'un organe de sortie de l'actionneur et un circuit de calcul numérique de l'asservissement de position qui est destiné à calculer la tension idéale à appliquer au moteur pour atteindre une position donnée en un temps déterminé et avec une précision requise. Les moteurs électriques à courant continu utilisés dans ces dispositifs ont en général une résistance électrique très faible pour garantir les performances dynamiques de l'actionneur, notamment lorsque la température de fonctionnement est élevée. Ces moteurs comportent des aimants permanents, qui peuvent être démagnétisés quand le courant

2 alimentant le moteur est trop important. De plus, un courant trop important peut créer aussi un risque de perturbation des autres équipements branchés sur le réseau de puissance électrique du véhicule. Cela a pour conséquence que ces moteurs ne peuvent être démarrés par application d'une tension électrique maximale et qu'on limite le courant de démarrage en utilisant notamment un circuit d'asservissement par boucle de courant en série avec le circuit d'asservissement de position. Le circuit d'asservissement de position calcule alors une consigne de courant que l'on peut saturer à des valeurs sans risque pour le moteur électrique de l'actionneur. Il est cependant assez difficile d'ajuster les paramètres de fonctionnement de ces circuits d'asservissement en raison du fait que certains paramètres du moteur électrique de l'actionneur, comme sa résistance électrique et la constante de force contre-électromotrice (qui est proportionnelle à la constante de couple), peuvent varier de façon assez importante en fonction des conditions de fonctionnement et notamment de la température. Cela empêche de donner des valeurs nominales ou arbitraires aux paramètres de fonctionnement des circuits d'asservissement.

La présente invention est basée sur une détermination permanente en temps réel des paramètres du moteur électrique de l'actionneur, d'une façon permettant d'ajuster correctement les paramètres de fonctionnement des circuits d'asservissement et de s'affranchir des effets qui viendraient altérer les performances du dispositif de commande et qui seraient dûs aux variations des conditions de fonctionnement, ainsi qu'aux dispersions résultant de la fabrication des composants du dispositif de commande. Elle propose à cet effet un dispositif de commande adaptative d'un actionneur en particulier d'embrayage ou de boîte de vitesses pour véhicule automobile, comprenant un moteur électrique à courant continu alimenté par l'intermédiaire d'un pont en H, au moins un capteur détectant la position d'un organe déplacé par l'actionneur, un circuit d'asservissement en

3 position de cet organe et un circuit d'asservissement par boucle de courant monté en série avec le circuit d'asservissement en position, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement par boucle de courant comprend un comparateur qui reçoit un signal de consigne de courant fourni par le circuit d'asservissement en position et un signal de courant circulant dans le moteur et qui génère un signal d'écart appliqué à un circuit correcteur du type P.I. à anti- saturation qui délivre un signal de rapport cyclique appliqué au pont en H pour déterminer la tension d'alimentation du moteur électrique.

Ce dispositif permet de gérer automatiquement le démarrage du moteur électrique et son alimentation par une tension électrique maximale pour obtenir la vitesse maximale du moteur, tout en protégeant le moteur contre un courant trop important et en assurant la stabilité du système corrigé par le correcteur du circuit d'asservissement par boucle de courant.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit d'asservissement en position comprend un filtre recevant en entrée un signal de consigne de position et générant un signal de consigne de position filtré et adapté en gain, qui est appliqué à un comparateur recevant également un signal de position d'actionneur appliqué par l'intermédiaire d'un filtre reconstructeur d'états sur la mesure de position, et un circuit correcteur de position avec un mécanisme d'anti-saturation recevant le signal de sortie du comparateur et générant un signal de consigne de courant borné, qui est appliqué à l'entrée du comparateur du circuit d'asservissement par boucle de courant.

Le filtrage et l'adaptation en gain du signal de consigne de position permettent de limiter les sollicitations mécaniques de l'actionneur en réduisant les variations brutales de consigne. La consigne filtrée et adaptée en gain est comparée à une mesure de position pour construire un signal d'écart, la mesure de position étant reconstruite et adaptée en gain à partir du signal de sortie d'un capteur de position associé à l'actionneur.

4 Ce signal d'écart est corrigé par le correcteur qui construit un signal de consigne de courant borné entre deux valeurs positive et négative protégeant le moteur électrique. Ce correcteur comprend au moins un état intégrateur permettant d'annuler l'écart statique entre la consigne de position préfiltrée et adaptée en gain et la mesure de position et des moyens d'anti-saturation de cet état intégrateur quand la consigne de courant souhaitée est au-delà des bornes de limitation de la consigne de courant appliquée. Cette consigne de courant constitue, à un paramètre près, une image du couple électromagnétique que le moteur doit fournir, et elle permet de contrôler l'accélération du moteur électrique. Le circuit d'asservissement en position permet de compenser en temps réel les dispersions sur la constante de couple du moteur électrique ainsi que les effets de la température sur cette constante de couple, de manière à obtenir les performances dynamiques souhaitées en terme de dépassement, d'écart statique et de temps de réponse. Le circuit correcteur de la boucle de courant comprend un intégrateur relié en série à un amplificateur de gain 1/Ti, qui sont montés en parallèle sur un amplificateur de gain Kp et qui sont reliés par un additionneur à un circuit de saturation fournissant un signal de rapport cyclique appliqué au pont en H, et un comparateur recevant le signal de sortie de l'additionneur et le signal de sortie du circuit de saturation et générant un signal appliqué à l'entrée d'un autre comparateur monté à l'entrée de l'intégrateur, pour réduire l'intégration lorsque le signal de sortie de l'additionneur est supérieur aux limites fixées par le circuit de saturation. Cette boucle de courant a pour fonction principale de veiller à ce que le couple électromagnétique demandé au moteur soit délivré en appliquant la tension idéale aux bornes du moteur, avec des performances dynamiques données en temps de réponse, dépassement et écart statique, et de compenser les effets des dispersions sur la résistance électrique du moteur, ainsi que les effets de la température et de la tension d'alimentation. La limitation de l'intégration lorsque le signal de sortie de l'additionneur est supérieur aux limites fixées par le circuit de saturation, 5 permet d'éviter un emballement de l'intégrateur qui rendrait la boucle de courant instable. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend des moyens de calcul et d'adaptation des gains Ti et Kp des amplificateurs du circuit correcteur de la boucle de courant, pour que le système corrigé soit insensible en basse fréquence et en haute fréquence aux variations de la résistance du moteur et de la tension d'alimentation du système. Les moyens de calcul de ces gains comprennent des moyens de calcul de la vitesse du moteur à partir de la position mesurée de l'actionneur, de calcul et de filtrage de la tension moyenne d'alimentation du moteur par multiplication du rapport cyclique et de la tension d'alimentation du pont en H, et de filtrage du courant passant dans le moteur, les filtrages permettant d'avoir un même retard de phase sur les différents signaux traités afin d'assurer la causalité des signaux entre eux, et des moyens de calcul de la résistance électrique et de la constante de force contre électromotrice du moteur, pour une température ambiante mesurée, à partir des valeurs filtrées du courant moteur, de la vitesse moteur et de la tension appliquée au moteur. La résistance électrique du moteur et sa constante de force contre-électromotrice sont calculées par la méthode des moindres carrés et les valeurs calculées sont appliquées à des moyens de calcul de valeurs moyennes, avec des valeurs initiales qui ont été précédemment mémorisées et/ou qui ont été déterminées par apprentissage lors d'une première mise en service du dispositif. Le dispositif comprend encore des moyens de calcul des valeurs des gains Ti et Kp du circuit correcteur de la boucle de courant à partir des valeurs moyennes de la résistance et de la constante de force contre-

6 électromotrice du moteur, de la valeur mesurée de la tension d'alimentation du pont en H et de valeurs nominales de cette résistance et de cette tension. Avantageusement, le dispositif comprend également des moyens pour autoriser le fonctionnement de ces moyens de calcul des valeurs des gains uniquement quand le pont en H est au repos et quand l'actionneur n'est pas commandé. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend encore des moyens de fonctionnement en mode dégradé lorsque la valeur mesurée du courant dans le moteur n'est pas disponible, par exemple en cas de panne du capteur correspondant, ces moyens comprenant des moyens d'inactivation du circuit correcteur de la boucle de courant et des moyens d'activation de moyens de calcul du rapport cyclique de commande du pont en H à partir du signal de consigne de courant, de la valeur mesurée de la tension d'alimentation du pont en H et de la valeur calculée de la résistance électrique du moteur. En variante, pour maintenir les performances dynamiques de l'actionneur quand la valeur mesurée du courant dont le moteur n'est pas disponible, le dispositif peut comprendre des moyens de calcul d'une information de courant moteur à partir de la valeur mesurée de la tension d'alimentation du pont en H, des valeurs calculées de la résistance et de la constante de force contre-électromotrice du moteur, de la valeur mesurée de la position de l'actionneur et de la valeur du rapport cyclique de commande du pont en H.

Lorsque l'actionneur est un actionneur d'embrayage à compensation d'effort et à pré-charge réglable, le dispositif comprend avantageusement des moyens d'adaptation de l'effort de compensation à l'usure de l'embrayage, pour que l'effort vu par le moteur de l'actionneur soit sensiblement le même pour l'ouverture et la fermeture de l'embrayage.

Ces moyens d'adaptation d'effort de compensation comprennent des moyens d'estimation de la valeur instantanée de la charge moteur à partir

7 de la position mesurée de l'actionneur, de la constante de force contre-électromotrice et de la valeur mesurée du courant moteur et de la force dynamique du moteur calculée à partir de son accélération et de son inertie, des moyens de détermination de la tendance de la charge en fonction de la position de l'actionneur pour chacun des deux sens de déplacement de l'actionneur, des moyens de calcul des énergies de débrayage et d'embrayage à partir de ces tendances et des moyens de prises de décisions de modification de la précharge de la compensation en fonction d'un seuil d'écart entre ces énergies, des moyens de calcul du nombre d'opérations de rattrapage à effectuer en fonction de l'écart entre les énergies d'embrayage et de débrayage, des moyens de détermination du déséquilibre de la compensation d'effort et de la correction de précharge à effectuer, et des moyens de détermination du signal de consigne de position de l'actionneur et de réalisation du nombre prédéterminé d'opérations de correction de rattrapage lors de la désactivation du système de pilotage de l'actionneur. Les opérations de modification de la précharge de la compensation sont réalisés sur une portion de la course où le mouvement de l'actionneur de l'embrayage n'entraîne pas un mouvement de l'embrayage.

Ce procédé basé sur le calcul de tendances et des énergies qui en découlent, a l'avantage de donner d'excellents résultats même en présence de signaux bruités, comme cela peut être le cas pour la dérivée de la vitesse du moteur électrique. Par ailleurs, l'estimation de la constante de force contre- électromotrice et de la résistance du moteur en temps réel permet d'avoir accès à des informations de température du bobinage et de température des aimants du moteur. Ces informations sont intéressantes pour détecter une utilisation anormale du moteur de l'actionneur et prévoir par exemple de changer moins souvent de rapport de transmission dans la boîte de vitesses, pour ralentir l'échauffement du moteur de l'actionneur.

8 Pour cela, le dispositif comprend des moyens de calcul des températures des bobinages et des aimants du moteur à partir des valeurs initiales et actuelles de la résistance du moteur et de la constante de force contre-électromotrice dont les lois d'évolution en fonction de la température sont connus, respectivement, des moyens de surveillance des variations des températures calculées de bobinages et d'aimants et des moyens de réduction des périodes et/ou du nombre d'actionnements du moteur de l'actionneur, quand des valeurs limites prédéterminées de ces températures ou de leurs taux de variation sont atteintes.

L'invention prévoit également le cas où l'information sur la position de l'actionneur serait indisponible, par exemple en raison d'une panne du capteur correspondant, et propose un mode dégradé de fonctionnement de l'actionneur par remplacement, dans le circuit d'asservissement en position, de la position mesurée par une position recalculée à partir du courant circulant dans le moteur. Pour cela, le dispositif comprend des moyens de calcul d'une position d'actionneur en l'absence du signal correspondant, par calcul de la force électromotrice et de la charge du moteur à partir de la valeur mesurée du courant moteur, de la valeur mesurée du courant moteur, de la valeur calculée de la constante de force contre-électromotrice et de la pente et de l'ordonnée à l'origine de la tendance précitée de la charge puis par calcul de la quantité de mouvement et par deux intégrations successives fournissant des valeurs calculées de la vitesse du moteur et de la position de l'actionneur, qui sont réappliquées à l'entrée des moyens de calcul de la charge du moteur. L'invention prévoit encore des moyens de limitation de l'effort moteur. Bien que le circuit d'asservissement en position calcule une consigne de courant qui est saturée à des valeurs telles que le moteur ne peut se démagnétiser, le couple électromagnétique qui est produit par la limite de courant que multiplie la constante de couple, peut être supérieur à ce que peut accepter l'actionneur ou le système piloté par l'actionneur.

9 Comme on connaît la constante de force contre-électromotrice et que l'on peut en déduire la constante de couple en temps réel, on peut déterminer des limites de courant variant en temps réel, inscrites dans les limites de courant protégeant le moteur contre la démagnétisation, à partir d'une information de couple électromagnétique maximum à appliquer que l'on divise par la constante de couple estimée du moteur. Ce dispositif de commande est applicable à un moteur à courant continu, à commutation électronique, avec ou sans aimants, synchrone ou asynchrone.

L'actionneur peut être un actionneur d'embrayage, de boîte de vitesses, ou encore de lève-vitre, de système d'essuyage, de toit ouvrant, de réglage de siège ou d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatiques du moteur à combustion interne du véhicule à l'arrêt, du type connu sous la dénomination stop and go .

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif selon l'invention ; La figure 2a représente schématiquement un premier type de signal de commande du pont en H ; La figure 2b représente schématiquement les états des commutateurs du pont en H ; La figure 3a représente schématiquement un autre type de signaux de commande du pont en H ; La figure 3b représente les états correspondants des commutateurs du pont en H ; La figure 4 représente schématiquement les circuits d'asservissement en position et à boucle de courant du dispositif selon l'invention ;

10 La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation du correcteur de la boucle de courant ; La figure 6 représente l'allure des signaux de commande du pont en H et leurs effets sur la vitesse de l'actionneur ; Les figures 7 et 8 sont des diagrammes de gain en fonction de la phase ; La figure 9 représente schématiquement les moyens de calcul des paramètres du correcteur de la boucle de courant ; Les figures 10 et 11 représentent schématiquement deux variantes du dispositif de commande pour un fonctionnement en mode dégradé en l'absence d'une information du courant passant dans le moteur de l'actionneur ; La figure 12 est un schéma de principe d'un actionneur d'embrayage à compensation d'effort ; Les figures 13 et 14 sont deux graphes illustrant le principe de la compensation d'effort, la figure 13 représentant la variation de l'effort sur le piston en fonction de la course de l'actionneur et la figure 14 la variation du couple résistant vu par le moteur de l'actionneur en fonction de la course ; Les figures 15 et 16 sont des diagrammes correspondant à ceux des figures 13 et 14 et illustrent l'effet de l'usure de l'embrayage et sa répercussion sur le moteur de l'actionneur ; La figure 17 est un graphe illustrant le principe de calcul de déséquilibre du couple vu par le moteur à l'embrayage et au débrayage ; La figure 18 représente schématiquement les moyens de calcul de la force du moteur et du réglage de la pré-charge de l'actionneur de l'embrayage ; La figure 19 représente schématiquement les moyens d'estimation des températures de bobinage et d'aimants du moteur ; La figure 20 représente schématiquement les moyens de détermination de la position de l'actionneur ; La figure 21 précise le principe de calcul de la charge du moteur.

11 On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un dispositif de commande selon l'invention comprenant un calculateur numérique 10, constitué essentiellement par un ou plusieurs microprocesseurs, des mémoires et des interfaces associées, qui génère un signal 12 de commande d'une alimentation électrique de puissance d'un moteur électrique 14, l'alimentation électrique étant constituée ici d'un pont en H 16 associé à des circuits de pilotage 18 auxquels sont appliqués les signaux 12 de commande, le pont en H étant raccordé aux bornes + et ù d'une source d'énergie électrique telle que la batterie d'un véhicule automobile.

Le pont en H 16 comprend quatre commutateurs électroniques tels par exemple que des transistors 20a, 20b, 20c et 20d du type MOSFET qui sont montés en pont et pilotés par les circuits 18 qui comprennent par exemple un adaptateur de niveau, une pompe à charge et des circuits logiques câblés.

Le moteur 14 entraîne, par l'intermédiaire de son arbre de sortie, un organe de commande d'un embrayage ou d'une boîte de vitesses, ou d'un système d'arrêt et de redémarrage automatiques du moteur à combustion interne d'un véhicule à l'arrêt (du type stop and go par exemple). Les signaux de commande 12 combinent une information de commande du sens de rotation du moteur, par exemple un signal logique booléen, et une information d'application de tension électrique aux bornes du moteur 14, par exemple du type PWM dont on contrôle le rapport cyclique. La tension appliquée aux bornes du moteur 14 est alors directement proportionnelle au rapport cyclique du signal PWM.

Les signaux de commande 12 sont générés par le système 10 à partir de signaux fournis par des capteurs associés au moteur 14 et au pont en H16, comprenant un moyen 22 de mesure du courant électrique 24 circulant dans le moteur électrique 14, un moyen 26 de mesure de la tension électrique 28 d'alimentation du pont en H, et un moyen de mesure de la position (absolue ou relative) 30 d'un organe mobile déplacé par le

12 moteur 14 pour l'actionnement du système associé (embrayage, boîte de vitesses, etc.) Le découpage de la tension d'alimentation du moteur 14 par les transistors 20 du pont en H peut s'effectuer de deux façons différentes, illustrées aux figures 2a, 2b d'une part et 3a, 3b d'autre part. Le premier mode, représenté aux figures 2a et 2b, consiste à faire battre les commutateurs 20a et 20d en phase l'un par rapport à l'autre et en phase avec le signal PWM de commande 12, et d'autre part, à faire battre les commutateurs 20b et 20c en phase l'un par rapport à l'autre mais en opposition de phase par rapport au signal PWM de commande 12 et donc en opposition de phase par rapport à l'ensemble des commutateurs 20a et 20d. Tant que le rapport cyclique de ce signal de commande est de 50%, la tension appliquée au moteur 14 est en moyenne nulle. Pour commander la rotation du moteur dans un sens, on diminue le rapport cyclique en dessous de 50% et pour commander la rotation du moteur dans l'autre sens, on augmente le rapport cyclique au dessus de 50%. Il suffit alors d'un signal de commande 12 unique pour commander le niveau de tension moyenne appliqué au moteur 14 et le sens de rotation de ce moteur.

Ce mode de commande à l'avantage d'être simple et l'inconvénient de faire circuler en permanence dans le moteur un courant ondulé dont l'amplitude est maximale, en appliquant alternativement au moteur la tension d'alimentation et son opposé. Cela conduit à un échauffement inutile du moteur et au prélèvement en permanence d'un courant ondulé sur la batterie du véhicule. On préfère donc utiliser le second mode de commande illustré par les figures 3a et 3b, qui utilise deux signaux de commande 12a et 12b dont les variations sont représentées schématiquement en figure 3a. Le premier signal 12a est un signal du type PWM qui fixe le niveau de tension moyenne appliqué au moteur par l'intermédiaire du rapport

13 cyclique, et le second signal de commande 12b est un signal logique de type booléen qui fixe le sens de rotation du moteur. Pour un sens de rotation donné du moteur, fixé par le signal logique 12b, on maintient un commutateur fermé et un commutateur ouvert dans une des branches du pont et on fait battre en opposition de phase les commutateurs qui sont dans l'autre branche du pont. Par exemple, comme représenté en figure 3b, on maintient ouvert le commutateur 6b et fermé le commutateur 6d et on ouvre puis on ferme alternativement les commutateurs 6a et 6c. Lorsque l'état du signal logique 12b change pour commander la rotation du moteur dans l'autre sens, on maintient le commutateur 6a ouvert et le commutateur 6c fermé et on fait battre alternativement les commutateurs 6b et 6d. Il apparaît ainsi une phase dans laquelle les commutateurs 6a et 6b sont ouverts et les commutateurs 6c et 6d sont fermés, ce qui met le moteur 14 en court-circuit sur lui-même. L'ondulation de courant dans le moteur est réduite, car on applique alternativement seulement une fois la tension d'alimentation. Au repos, le rapport cyclique de commande a une valeur nulle et le moteur est en court-circuit sur lui-même, aucun courant n'étant prélevé ou rejeté sur la batterie alimentant le pont en H.

Dans tous les cas, si on appelle Vp la tension d'alimentation aux bornes du pont et a le rapport cyclique de commande 12 variant entre +1 et -1 et dont le signe indique le signe du couple à appliquer au moteur relatif au sens de rotation désiré, la tension Um appliquée au moteur 14 en négligeant les chutes de tension parasites des transistors 20, est égale à Vp.a. Le moteur 14 à courant continu utilisé dans cet actionneur a en général une résistance électrique très faible, pour pouvoir être alimenté par un courant nominal dans les cas défavorables et notamment à chaud où la résistance du moteur est la plus élevée du fait de la variation de résistivité du cuivre des bobinages, qui peut atteindre 40% pour une élévation de température de 100 C. Il en résulte qu'à basse température, pour une

14 même tension d'alimentation, le courant appelé par le moteur peut être très élevé et nuisible pour le bon fonctionnement de l'actionneur, en provoquant par exemple une démagnétisation des aimants du moteur. Il convient donc de limiter la tension appliquée au moteur lors du démarrage de celui-ci ou lorsque l'actionneur rencontre un obstacle sur son parcours, par exemple une butée ou un point dur. Il faut alors piloter le rapport cyclique du signal PWM de commande du pont en fonction du courant dans le moteur. Pour cette raison, le dispositif de commande 10 selon l'invention, représenté plus en détail en figure 4, comprend un circuit 32 d'asservissement en position et un circuit 34 d'asservissement par boucle de courant, ces deux circuits étant montés en cascade. Le circuit 32 d'asservissement en position comprend un circuit 36 de préfiltrage recevant un signal 38 de consigne de position de l'actionneur et générant un nouveau signal de consigne 40 qui est filtré et adapté en gain pour limiter les sollicitations mécaniques de l'actionneur en réduisant les variation brutales de consigne et qui est appliqué à une entrée d'un comparateur 42 pour être comparé à un signal 44 de position d'actionneur appliqué à une autre entrée du comparateur 42 qui fournit en sortie un signal d'écart ou d'erreur 46. Le signal de position 44 est reconstruit et adapté en gain par un filtre 48 reconstructeur d'état sur la mesure de position à partir du signal de position 30 prélevé sur le moteur 14. Le signal d'écart 46 est appliqué à l'entrée d'un circuit correcteur 50 qui génère un signal 52 de consigne de courant borné entre deux valeurs positive et négative, afin de protéger le moteur électrique 14 et de limiter le courant prélevé sur la batterie. Le circuit correcteur 50 contient au moins un état intégrateur permettant d'annuler l'écartstatique entre le signal de consigne 40 filtré et adapté en gain et le signal de position 44 et des moyens anti-saturation ou anti-dérive de cet état intégrateur quand le signal de consigne de courant

15 souhaité se trouve en-dehors des bornes de limitation du signal 52 de consigne de courant. Ce signal 52 de consigne de courant constitue (à un paramètre près, qui est la constante de couple du moteur 14) une image du couple électromagnétique que le moteur doit fournir et permet donc de contrôler l'accélération du moteur 14. Le circuit 32 d'asservissement en position permet de compenser en temps réel les dispersions sur la constante de couple du moteur 14 ainsi que les effets de la température sur cette constante, de façon à obtenir les meilleurs performances dynamiques en terme de dépassement, d'écart statique et de temps de réponse. Le signal 52 de consigne de courant est appliqué à l'entrée du circuit 34 d'asservissement par boucle de courant, qui comprend un comparateur 54 recevant le signal 52 de consigne de courant et le signal 24 de courant passant dans le moteur, fourni par le pont en H 16 qui génère la tension 56 appliquée aux bornes du moteur 14. Le comparateur 54 fournit un signal 58 d'écart de courant qui est appliqué à l'entrée d'un circuit correcteur 60 qui délivre un signal 62 de consigne de rapport cyclique borné entre -100% et +100% par exemple. Ce signal de consigne de rapport cyclique permet d'obtenir, aux chutes de tension près des interrupteurs de puissance 20, une tension moteur moyenne Um réglable par le rapport cyclique et proportionnelle à la tension d'alimentation (Um=a.Vp). Le circuit d'asservissement 34 à boucle de courant a pour fonction principale d'assurer la délivrance d'un couple électromagnétique demandé au moteur, en appliquant une tension idéale aux bornes du moteur pour atteindre des performances dynamiques données en terme de temps de réponse, de dépassement et d'écart statique et de compenser les effets des dispersions sur la résistance électrique du moteur ainsi que les effets de la température et de la tension d'alimentation. Le circuit correcteur 60 du circuit d'asservissement par boucle de courant est représenté plus en détail en figure 5.

16 Ce circuit correcteur est du type proportionnel-intégral avec une antisaturation d'Astrôm et Wittenmark. Il comprend un montage en parallèle d'un amplificateur 64 de gain Kp et d'un intégrateur 66 suivi d'un amplificateur 68 de gain 1/Ti dont la sortie est reliée avec la sortie de l'amplificateur 64 aux entrées d'un additionneur 70 dont la sortie fournit un signal non saturé de commande de rapport cyclique au(t) à un circuit de saturation 72 fournissant le signal a(t) de consigne de rapport cyclique qui est appliqué en pont en H16. Ce circuit de saturation comporte un comparateur 74 qui reçoit en entrée les signaux au(t) et a(t) et qui fournit en sortie un signal 76 appliqué par un amplificateur 78 à une entrée d'un comparateur 80 dont une autre entrée reçoit le signal 58 d'erreur de courant et dont la sortie fournit un signal appliqué à l'entrée de l'intégrateur 66. Dans ce correcteur, le signal de commande non saturée au(t) est la somme de l'action proportionnelle effectuée par l'amplificateur 64 et de l'action intégrale effectuée par l'intégrateur 66. Ce signal au(t) est saturé par le circuit 42 pour fournir le signal de consigne de rapport cyclique a(t). Tant que le signal au(t) reste à l'intérieur des limites fixées par les circuits de saturation 42 qui sont en général égales à -1 et +1 (-100% et +100% de rapport cyclique), la différence avec le signal de consigne a(t) est nulle et donc le signal 76 de sortie du comparateur 74 est nul. L'intégrateur 66 intègre alors directement le signal d'écart 58. Quand le signal non saturé au(t) sort des limites fixées par le circuit de saturation 72, le signal de différence 76 non nul est retranché par le comparateur 80 du signal d'écart 58, ce qui réduit l'intégration jusqu'à ce que le signal au(t) soit égal au signal de consigne a(t). Le gain de l'amplificateur 72 sert à régler la vitesse de convergence de l'antisaturation. Ce circuit permet d'éviter un emballement de l'intégrateur 66 qui rendrait la boucle de courant instable.

La figure 6 illustre l'intérêt de l'action intégrale dans le circuit correcteur 60.

17 Dans cette figure, la courbe A représente la variation du signal de consigne de courant en fonction du temps, la courbe B la variation de la mesure de courant pour la tension moteur issue du correcteur proportionnel-intégral, la courbe C représente la mesure du courant équivalente pour une tension équivalente au courant de consigne, la courbe D représente la tension moteur équivalente pour le courant de consigne, la courbe E représente la tension moteur issue du correcteur, la courbe F représente la vitesse de l'actionneur pour la tension moteur équivalente au courant de consigne et la courbe G la vitesse de l'actionneur pour la tension moteur fournie par le correcteur. Pour établir ces courbes, on a démarré le moteur électrique 14 avec un signal de consigne de courant A du type échelon et on a comparé l'effet du correcteur 60 avec une consigne de tension constante telle que l'on obtienne le courant de consigne souhaité.

Dans la phase I, qui correspond à la montée du courant dans le moteur, la vitesse F ou G de l'actionneur est nulle. Le correcteur applique une tension E immédiatement proportionnelle par l'intermédiaire du gain Kp au signal d'écart initial qui est la différence entre A et B. Cette tension monte progressivement en raison de l'effet intégrateur et de la présence d'un écart résiduel jusqu'à ce que le courant atteigne et dépasse légèrement le signal de consigne de courant A. Si on applique la tension électrique en boucle ouverte correspondant à la courbe D, le courant correspondant représenté par la courbe C met plus longtemps à s'établir.

Pendant la phase II, qui est une phase d'ajustement, la courbe B qui représente le courant mesuré dépasse la courbe A de la consigne de courant, ce qui inverse le signe du signal d'écart et provoque la décroissance de la courbe E de la tension moteur issue du correcteur. Pendant la phase III, qui est une phase de saturation, la courbe B de courant mesuré est confondue avec la courbe A de consigne de courant et le moteur commence à tourner.

18 Pendant la phase IV, la vitesse du moteur (courbe G) est suffisante pour que la force contre-électromotrice fasse chuter la tension de telle sorte que le moteur ne peut plus appeler le courant de consigne A. La courbe B du courant mesuré commence à diminuer vers la valeur correspondant à la charge mécanique vue par le moteur, pendant que la courbe G de la vitesse actionneur continue d'augmenter vers une valeur maximale. Comme la courbe B du courant mesuré diminue, l'écart avec la consigne augmente, ce qui provoque une réaction de l'intégrateur qui fait augmenter la courbe E de tension jusqu'à sa valeur maximale.

Pendant la phase suivante V, la vitesse du moteur étant proportionnelle à sa tension d'alimentation, la courbe G de la vitesse finale obtenue est nettement supérieure à la courbe F de la vitesse finale obtenue avec la tension constante de la courbe D. On voit que l'avantage de l'intégrateur est de gérer automatiquement le démarrage du moteur et l'application de la tension maximale pour obtenir la vitesse maximale du moteur tout en protégeant le moteur contre un courant trop important. L'invention prévoit de déterminer les paramètres de gain Kp et Ti des amplificateurs 64 et 68 du circuit correcteur 60 de la boucle de courant pour obtenir les performances dynamiques souhaitées du système en temps de réponse et en dépassement tout en assurant la stabilité du système. Pour cela, il faut que le gain total du système constitué par le circuit correcteur, le pont en H et le moteur de l'actionneur soit strictement plus petit que -1 sur toute la bande de fréquences.

En figure 7, qui représente un diagramme de gain par rapport à la phase ou diagramme de Black Nichols, on a porté, en fonction de la fréquence, la phase en degrés sur l'axe des abscisses et le gain en dB sur l'axe des ordonnées, de la fonction de transfert du système corrigé en boucle ouverte, ce qui donne la courbe 90. Le point de gain -1 est traduit dans ce diagramme par le point de phase égale à -180 et de gain 0 représenté en 92. La stabilité du système corrigé en boucle fermée est

19 traduite par la marge de phase 94 et par la marge de gain 96. Ces deux marges prises dans le sens des flèches doivent être strictement positives pour que le système corrigé reste stable en boucle fermée. Le point 98 d'intersection de la courbe 90 avec l'axe des phases indique la fréquence de coupure du système corrigé bouclé, soit la rapidité. Plus on se rapproche du point 92, plus le dépassement obtenu sur une réponse indicielle telle que celle représentée en figure 6 augmente. Si on est suffisamment prêt de ce point, des oscillations de moins en moins amorties se produisent au fur et à mesure que la stabilité se dégrade.

Le système considéré, constitué par le circuit correcteur, le pont en H et le moteur électrique, est soumis à l'effet des dispersions de fabrication et à des variations de grandeurs physiques telles que la tension électrique d'alimentation et la température qui influe sur la résistance électrique du circuit. Ces variations peuvent entraîner, comme représenté en figure 8, une variation de la fonction de transfert du système corrigé avec un déplacement de la courbe 90 en 100, ce qui peut se traduire par une réduction des marges de phase et/ou de gain affectant la stabilité et les performances dynamiques. La figure 9 représente les moyens de calcul des paramètres du circuit correcteur 60 permettant d'assurer la stabilité du système et les performances dynamiques souhaitées. Ces moyens comprennent un circuit de préfiltrage 102 qui réalise un iso-déphasage sur les signaux qui lui sont appliqués en entrée, comprenant le signal 24 de courant moteur, le signal 28 de tension d'alimentation du pont en H, le signal 30 de position de l'actionneur et un signal 104 correspondant au signal 62 de rapport cyclique retardé d'un nombre de pas de calcul suffisant prédéterminé par un opérateur de retard 106. Ce circuit de préfiltrage 102 a pour fonction de calculer l'information de vitesse moteur 108 à partir du signal 30 de position de l'actionneur, au moyen d'un filtre dérivateur si le signal 30 est une mesure de position analogique, ou bien par mesure de l'écart de temps entre des signaux fournis par un

20 codeur numérique, avec ensuite un filtrage passe-bas, ce circuit 102 ayant également pour fonction de calculer un signal 110 de tension moyenne du moteur en effectuant le produit du signal du rapport cyclique par le signal 28 de tension d'alimentation du pont en H, et de filtrer le signal 24 de courant moteur pour obtenir un signal 112 de courant filtré. Les filtrages permettant d'obtenir les signaux 108, 110 et 112 sont réalisés au moyen d'un filtre passe-bas du premier ordre avec une constante de temps telle que l'on ait un même retard de phase sur chaque signal par rapport à la grandeur réelle. Grâce au préfiltrage réalisé par le circuit 102, les effets de l'inductance moteur sont rendus négligeables, ce qui permet de simplifier l'équation électrique du moteur 14 à l'expression suivante : R.Im + Ke.w =Um où R est la résistance électrique du moteur, lm le courant moteur, Ke la constante de force contre-électromotrice du moteur et w sa vitesse de rotation. Les valeurs de R et Ke peuvent être calculées par une méthode classique des moindres carrés réalisée en 114. Un filtre moyenneur 116 calcule une valeur moyenne 118 de R et 120 de Ke à partir de valeurs 122, 124 initialement mémorisées, pour une température de référence, dans deux mémoires physiques 126 lors d'une première mise en service du dispositif et corrigées en fonction de la température ambiante. Si aucune valeur de R et de Ke n'est disponible en mémoire, par exemple dans le cas d'une première mise en service, le filtre utilise des valeurs par défaut pour s'initialiser et dès lors que suffisamment de nouvelles valeurs de R et de Ke ont été calculées, le filtre moyenneur calcule alors des valeurs initiales pour une température de référence, à partir de la température ambiante mesurée et en fonction des lois d'évolution respectives de R et de Ke en fonction de la température et les mémorise.

Les valeurs moyennes calculées 118 de R sont soumises à un traitement 128 qui détermine les valeurs des paramètres Kp et Ti de la

21 boucle de courant à partir des valeurs moyennes 118 de la résistance du moteur, de la tension Vp (28) d'alimentation du pont en H et de valeurs nominales calibrables de la résistance moteur et de cette tension d'alimentation.

On applique également au module de traitement un signal 126 qui permet de modifier les paramètres d'asservissement en courant uniquement lorsque le pont en H est au repos et que le moteur 14 n'est pas commandé afin de ne pas perturber la stabilité du système asservi. Un filtre moyenneur calcule une valeur moyenne de R et de Ke à partir de valeurs pour une température de référence initialement mémorisées dans deux mémoires physiques lors d'une première mise en service du dispositif et corrigée en fonction de la température ambiante. Si aucune valeur de R et de Ke n'est disponible en mémoire, par exemple dans le cas d'une première mise en service, le filtre utilise des valeurs par défaut pour s'initialiser et dès lors que suffisamment de nouvelles valeurs de R et de Ke ont été calculées, le filtre moyenneur calcule alors des valeurs initiales pour une température de référence, à partir de la température ambiante mesurée et en fonction des lois d'évolution respectives de R et de Ke en fonction de la température.

Les valeurs calculées de Kp et de Ti sont appliquées au circuit correcteur 60 de la boucle de courant qui, à partir des signaux 52 de consigne de courant et 58 d'erreur de courant, produit le signal 62 de consigne de rapport cyclique qui est appliqué au pont en H16. L'invention prévoit également des modes de fonctionnement dégradé de ce dispositif, pour les cas où certaines informations seraient absentes, comme par exemple la mesure du courant passant dans le moteur. La figure 10, qui correspond à la figure 4, illustre ce mode dégradé de fonctionnement.

Lorsque l'information sur le courant passant dans le moteur n'est pas disponible, le dispositif passe dans un état de fonctionnement dégradé

22 dans lequel l'asservissement en courant réalisé par le correcteur 60 est désactivé et remplacé par des moyens 140 de calcul direct du signal 62 de consigne de rapport cyclique à partir du signal 52 de consigne de courant, de la mesure 28 de la tension d'alimentation du pont en H et de la valeur calculée 118 de la résistance moteur. En régime établi, le courant lm dans le moteur et le rapport cyclique a de commande du pont en H sont liés par la relation suivante : lm = (Vp/R).a On cherche à imposer le courant moteur lm par l'intermédiaire du signal 52 de consigne de courant de façon à avoir une égalité entre lm et ce signal de consigne. Cela permet de calculer le rapport cyclique a à partir de la relation précédente : a = (R/Vp),Ic où le est le signal de consigne de courant.

On se retrouve alors dans le cas représenté en figure 6 par les courbes C de courant moteur, D de tension moteur et F de vitesse moteur, ce qui se traduit par des performances limitées en vitesse de l'actionneur puisque l'on perd le bénéfice de l'effet intégrateur du correcteur 60 de la boucle de courant.

On peut en variante utiliser les moyens représentés en figure 11 pour maintenir les performances dynamiques de l'actionneur, ces moyens permettant de conserver le correcteur 60 de la boucle de courant en l'absence de l'information de mesure du courant moteur, que l'on remplace par une information de courant moteur reconstruite par des moyens 142 à partir de la mesure 28 de la tension d'alimentation du pont en H, de la valeur calculée 118 de la résistance moteur, de la valeur calculée 120 de la constante de force contre-électromotrice du moteur, de la position mesurée 30 de l'actionneur et de la valeur 62r retardée par un opérateur 144 du signal 62 de consigne de rapport cyclique fourni par le correcteur 60.

L'information reconstruite 24a de courant moteur fournie par les moyens 142 est appliquée comme en figure 4 à l'entrée du comparateur 54 dont

23 l'autre entrée reçoit le signal 52 de consigne de courant fourni par le circuit d'asservissement en position. Dans un premier mode de réalisation, le courant est estimé à partir de l'intégration de la quantité donnée par : - le produit de la tension d'alimentation du pont en H par le rapport cyclique de commande signé, - moins le produit de la résistance électrique, estimée par la méthode ci-dessus décrite, par la valeur du courant estimée au pas de calcul précédent, - moins le produit de la constante de force contreéléctromotrice, estimée par la méthode ci-dessus décrite, par la valeur de la vitesse du moteur, - le tout divisé par la valeur de l'inductance du moteur.

15 Dans un second mode de réalisation, en négligeant l'influence de l'inductance moteur, la détermination du courant revient à calculer la quantité donnée par : - le produit de la tension d'alimentation du pont en H par le rapport cyclique de commande signé, 20 - moins le produit de la constante de force contreéléctromotrice, estimée par la méthode ci-dessus décrite, par la valeur de la vitesse du moteur, - le tout divisé par la valeur de la résistance électrique du moteur estimée par la méthode ci-dessus décrite 25 Le dispositif de commande selon l'invention peut notamment être appliqué à un actionneur d'embrayage à compensation d'effort du type représenté schématiquement en figure 12. Le principe d'un tel actionneur est connu dans la technique et est décrit par exemple dans le document 30 FR-A-2790806. L'embrayage E comprend un diaphragme commandé par une butée d'embrayage 150 à commande hydraulique par l'intermédiaire 10

24 d'un conduit d'alimentation 152 relié au cylindre d'un vérin 154 fixé au bâti de l'actionneur. Le piston du vérin est commandé par une crémaillère 156 entraînée par un moto-réducteur 158. Un ressort de compensation ou de pré-charge 160 agit par l'intermédiaire d'un galet 162 sur une came 164 portée par la crémaillère 156. Dans un tel actionneur, le dispositif selon l'invention commande le fonctionnement du moto-réducteur 158. Le principe de fonctionnement de cet actionneur est illustré par les figures 13 et 14.

La figure 13 représente la variation de l'effort longitudinal appliqué à la crémaillère 156 dans l'axe du piston du vérin 154 en fonction de la course de l'actionneur mesurée sur l'axe du piston du vérin 154. La courbe 166 correspond à l'effort appliqué par l'embrayage sur la crémaillère 156 dans l'axe du piston du vérin 154 dans le sens du désengagement de l'embrayage (c'est-à-dire du débrayage) et la courbe 168 représente cet effort dans le sens de l'engagement de l'embrayage E. La courbe 170 représente l'effort appliqué par le ressort de compensation 160 et repris par la came 164 dans l'axe du piston du vérin 154 dans le sens du désengagement de l'embrayage et la courbe 172 représente cet effort dans le sens de l'engagement de l'embrayage. En figure 14, on a représenté la variation du couple résistant vu par le moteur 158 en fonction de la course de l'actionneur dans l'axe du piston du vérin 154, la courbe 174 représentant la charge moteur dans le sens du désengagement de l'embrayage et correspondant à la différence entre les courbes 166 et 172, tandis que la courbe 176 représente la charge moteur dans le sens de l'engagement de l'embrayage et correspond à la différence entre les courbes 168 et 170. On voit que grâce à la présence du ressort de compensation 170 dans ce dispositif, le moteur de l'actionneur ne fournit qu'une partie très réduite de l'effort de débrayage.

25 Les figures 15 et 16 représentent les mêmes courbes que les figures 13 et 14 mais après usure de l'embrayage. L'effort appliqué par l'embrayage à la crémaillère augmente avec l'usure de l'embrayage et les courbes 166 et 168 de la figure 13 sont déplacées vers le haut comme indiqué en 166a et 168a en figure 15, par rapport aux courbes 170 et 172 représentant l'effort appliqué par le ressort de compensation. Il en résulte que le couple résistant vu par le moteur augmente dans le sens du débrayage comme représenté par la courbe 174a en figure 16 et diminue dans le sens de l'embrayage comme représenté par la courbe 176a.

Pour que les performances de l'actionneur restent optimales, il faut adapter l'effort de compensation fourni par le ressort 160 à l'usure de l'embrayage de manière à ce que la charge vue par le moteur dans le sens du débrayage soit équivalente en termes d'effort à la charge vue par le moteur dans le sens de l'embrayage.

Le ressort de compensation 160 est préchargé et se détend lors du débrayage (déplacement de la crémaillère 156 vers la gauche en figure 12). En modifiant la précharge du ressort 160, on modifie les niveaux des efforts de compensation 170 et 172. La modification de précharge de ressort est effectuée par un système mécanique comprenant une bascule bistable à cliquet permettant de modifier la longueur initiale du ressort, chaque déplacement de la bascule dans un sens ou dans l'autre produisant une modification élémentaire dans un sens ou dans l'autre de la longueur du ressort. La modification de la précharge du ressort a lieu dans une partie de la course de l'actionneur qui se trouve en-dehors de la course utile de déplacement de l'embrayage. Ce réglage est réalisé par un certain nombre de déplacements de la bascule, ce nombre étant déterminé à partir d'une stratégie d'identification de la charge et de calcul du déséquilibre dont le principe est illustré en figure 17.

Dans cette figure, qui correspond à la figure 14 et qui représente les courbes 174 et 176 de variation du couple résistant vu par le moteur en

26 fonction de la course de l'actionneur, on détermine deux seuils de position Pmin en 180 et Pmax en 182 sur la course utile de l'actionneur qui est la seule affectée par l'usure de l'embrayage et dans un sens de parcours de la course. On détermine pour ces seuils de position la tendance 184 de la charge de moteur à l'état embrayé Emb et la tendance 186 de cette charge à l'état débrayé Deb, ces tendances étant définies par les meilleures droites par les moindres carrés qui donnent le couple en fonction de la position. On calcule ensuite les aires qui se trouvent entre ces droites de tendance représentées en traits pointillés et l'axe des abscisses entre les seuils de position, ces aires étant représentées hachurées en figure 17 et correspondant à l'énergie d'embrayage et de débrayage respectivement. Par comparaison de ces énergies on obtient le déséquilibre de la charge du moteur et on peut alors déterminer dans quel sens on doit faire varier la précharge du ressort de compensation 160 et combien d'opérations de rattrapage sont nécessaires, c'est-à-dire le nombre de fois qu'il faudra actionner la bascule bistable permettant de régler la longueur du ressort de compensation. Les moyens de calcul de la charge du moteur, de l'identification de la 20 tendance et de la décision de modification de la précharge du ressort sont représentés schématiquement en figure 18. Ils comprennent des moyens 190 de calcul du couple de la charge du moteur à partir du signal 44 de position de l'actionneur, du signal 24 de courant passant dans le moteur et de la valeur calculée 120 de la constante 25 de force électromotrice du moteur, en utilisant l'équation mécanique du moteur électrique : Jm.dw/dt=Kc.lmCr où Kc est la constante de couple du moteur qui se déduit de la constante de force contre-électromotrice du moteur, Cr étant le couple de la 30 charge du moteur et Jm étant l'inertie du moteur.

27 Les valeurs 192 du couple de la charge du moteur et 194 de la vitesse du moteur sont appliquées, avec le signal 44 de position de l'actionneur, a des moyens 196 de détermination de la tendance de la charge en fonction de la position de l'actionneur pour un sens de parcours donné, qui est défini par le sens de la vitesse du moteur, cette tendance étant la meilleure droite obtenue par la méthode des moindres carrés. On définit par exemple le sens de parcours à l'état débrayé comme étant le sens positif donné par des valeurs positives de la vitesse de rotation du moteur, entraînant des valeurs croissantes du signal 44 de position de l'actionneur, et le sens de parcours à l'état embrayé comme étant le sens négatif donné par des valeurs négatives de la vitesse du moteur, qui entraîne des valeurs décroissantes du signal de position de l'actionneur. On mesure alors les valeurs du couple de la charge du moteur dans le sens débrayé et les valeurs de ce couple dans le sens embrayé et on détermine la pente et l'ordonnée à l'origine de deux droites correspondant à la tendance de la charge dans chacun des deux sens de parcours, pour des positions comprises entre les seuils 180 et 182 de la course utile, indiqués en figure 17. Les paramètres 198 calculés pour la tendance de la charge dans le sens de parcours débrayé et les paramètres 200 calculés pour la tendance de la charge dans l'autre sens sont appliqués à des moyens 202 de calcul des énergies de débrayage et d'embrayage. Un signal de contrôle 204 fourni par les moyens de calcul 196 indique que l'on vient de calculer les deux jeux de paramètre 198 et 200 et que l'on peut déterminer les énergies de débrayage et d'embrayage à l'aide des moyens de calcul 202. L'énergie de débrayage 206 et l'énergie d'embrayage 208 ainsi calculées sont appliquées à des moyens de détermination de l'écart entre ces énergies et cet écart est appliqué à des moyens 212 de détermination du nombre d'opérations de rattrapage à effectuer pour régler le ressort de compensation et à des moyens 214 qui déterminent le déséquilibre de la compensation d'effort et qui décident, en fonction des écarts d'énergie

28 d'embrayage et de débrayage, d'augmenter la précharge du ressort , de diminuer cette précharge ou de la laisser inchangée. Les résultats fournis par les moyens 212 et 214 sont appliqués à des moyens 216 de détermination du signal 38 de consigne de position qui va être appliqué à l'entrée du circuit 32 d'asservissement en position de la figure 4, les moyens 216 effectuant également le nombre déterminé d'opérations de rattrapage fourni par les moyens 212 en suivant les décisions fournies par les moyens 214, quand ils reçoivent un signal 218 qui commande l'arrêt du système de pilotage de l'actionneur.

La détermination en temps réel des valeurs de la constante de force contre-électromotrice et de la résistance électrique du moteur, permettent d'avoir accès à des valeurs de température de bobinage et d'aimants du moteur. Ces informations permettent notamment de détecter une utilisation anormale du moteur 14 et de ralentir son échauffement, par exemple en diminuant la fréquence de changement des rapports de transmission dans la boîte de vitesses. La figure 19 représente schématiquement le mode d'estimation de la température dans une stratégie actionneur 220 dans laquelle on utilise la valeur 122 initiale, enregistrée, de résistance moteur à une température de référence et une valeur nouvellement calculée 118 de cette résistance à une température de bobinage inconnue. On connaît la loi d'évolution de la résistance électrique du moteur en fonction de la température et on l'applique en 222 pour déduire la valeur 224 de latempérature des bobinages et/ou des aimants, par l'élévation de température des bobinages et/ou des aimants par rapport à la température de référence. Cet écart est ensuite ajouté à la température de référence pour donner la température finale des bobinages et/ou des aimants. On procède de même en 226 à partir de la valeur initiale 124 de la force contre-électromotrice du moteur et de la valeur moyenne filtrée 120 de cette constante de force contre-électromotrice, pour obtenir une valeur 228 de température d'aimants, la loi reliant cette température aux valeurs

29 précitées de la constante de force contre-électromotrice étant connue. Les valeurs 224 et 228 sont appliquées, avec la valeur de la température ambiante T, à des moyens 230 de surveillance de la température des bobinages et de la température des aimants et d'émission d'un signal 232 d'abus thermique vers un système superviseur 234. Lorsque les moyens 230 constatent que la température des bobinages (ou des aimants) est supérieure à un seuil calibrable, et/ou que la différence entre la température des bobinages (ou des aimants) et la température ambiante est supérieure à un seuil calibrable, et/ou que la variation des températures de bobinages (ou d'aimants) prises à des moments différents est supérieure à un taux prédéterminé de variation, le signal 232 d'abus thermique est appliqué au système superviseur 234 qui réduit la fréquence et/ou le nombre d'actionnements du moteur électrique par l'intermédiaire de signaux de contrôle 236 et qui peut éventuellement émettre un signal d'alerte 238. Le dispositif selon l'invention est également capable de fonctionner en mode dégradé en l'absence du signal de position de l'actionneur, en utilisant dans le circuit d'asservissement en position une information de position calculée à partir du courant circulant dans le moteur. Cette position calculée permet au circuit d'asservissement de générer des signaux de consigne de courant vers le circuit d'asservissement à boucle de courant et ensuite d'appliquer la tension voulue au moteur électrique de l'actionneur, par l'intermédiaire du pont en H, pour réaliser le déplacement souhaité de l'actionneur.

La figure 20 représente schématiquement les moyens utilisés à cet effet. La force magnétomotrice 242 du moteur est calculée par des moyens 244 à partir de la valeur moyenne filtrée 120 de la force contre- électromotrice du moteur et de la mesure 24 du courant passant dans le moteur. La charge vue par le moteur est calculée par des moyens 246 à partir de la tendance de la charge de débrayage 198 et de la tendance de

30 la charge d'embrayage 200 (on donne les valeurs de pente et d'ordonnée à l'origine de la charge) en fonction des valeurs estimées de la position de l'actionneur et de la vitesse du moteur. La charge calculée 248 est appliquée avec la force magnétomotrice 242 à des moyens 250 de calcul de la quantité de mouvement 252 qui est définie comme la différence entre la force magnétomotrice 242 et la charge moteur 248 divisée par l'inertie du moteur en rotation Jm. La quantité de mouvement 252 est appliquée à un intégrateur 254 qui fournit une valeur calculée 256 de la vitesse de rotation du moteur, elle-même appliqués à un intégrateur 258 qui fournit une position calculée 260 de l'actionneur. Cette position calculée et la vitesse calculée de rotation du moteur sont appliquées aux entrées des moyens de calcul 246, comme indiqué ci-dessus. La valeur calculée de la position de l'actionneur est appliquée avec 15 le signal 38 de consigne de position au circuit 32 d'asservissement en position. La figure 21 précise le calcul de la charge du moteur par les moyens 246. Si la valeur calculée 256 de la vitesse du moteur est positive, c'est-à- 20 dire supérieure à un seuil calibrable de vitesse minimale, correspondant au sens de débrayage et si la position calculée 260 de l'actionneur est comprise entre les valeurs minimale 180 et maximale 182 de la figure 17, on calcule la charge du moteur à l'aide de la droite 186 dont la pente et l'ordonnée à l'origine sont connues. Si la position de l'actionneur est 25 inférieure à la valeur minimale 180, on prend comme valeur de la charge celle qui correspond à l'ordonnée de la droite 186 pour la position minimale 180. Si la position de l'actionneur est supérieure à la position maximale 182, on prend comme la valeur de charge celle qui correspond à l'ordonnée de la droite 186 à la position maximale 182. 30 Si la valeur calculée de la vitesse du moteur est négative, c'est-à- dire inférieure à un seuil calibrable de valeur négative, correspondant au

31 sens embrayage et si la position de l'actionneur est comprise entre les valeurs minimales 180 et 182, on calcule la charge à l'aide de la droite 184 dont la pente et l'ordonnée à l'origine sont connues. Si la position de l'actionneur est inférieure à la valeur minimale 180, on prend comme valeur de la charge l'ordonnée de la droite 184 au point de position minimale 180 et si la position de l'actionneur est supérieure à la position maximale 182, on prend comme valeur de la charge l'ordonnée de la droite 184 au point de position maximale 182. Si la vitesse calculée 256 du moteur reste comprise entre les deux seuils calibrables précités, la charge est considérée nulle quelle que soit la valeur de la position de l'actionneur. Grâce à l'identification et à la mémorisation de la constante de couple et de la charge du moteur et à la connaissance de l'inertie en rotation du moteur, on réalise un prédicteur de position qui permet de commander l'actionneur quand le signal de mesure de position n'est plus disponible, avec une précision nettement supérieure à celle qu'on obtiendrait en utilisant des valeurs nominales des paramètres précités. Le dispositif selon l'invention permet également une limitation de l'effort moteur évitant tout risque de détérioration de l'actionneur ou du système qu'il pilote. En effet, le circuit d'asservissement en position calcule une consigne de courant qui est saturée à des valeurs telles que le moteur ne peut se démagnétiser. Cependant, le couple électromagnétique produit par la limite de courant que multiplie la constante de couple, peut être supérieur à ce que l'actionneur ou le système piloté pourrait accepter.

Comme on connaît la constante de force contre-électromotrice du moteur et que l'on peut en déduire la constante de couple en temps réel, on peut déterminer des limites de courant qui varient en temps réel et qui sont inscrites dans les limites de courant protégeant le moteur contre la démagnétisation, à partir d'une information de couple électromagnétique maximal appliqué que l'on divise par la valeur calculée de la constante de couple.

32 De façon générale, l'invention procure les avantages suivants : -protection du moteur de l'actionneur contre des courants trop importants et protection de l'actionneur et du système piloté contre les couples trop importants, - plus grande rapidité de l'actionneur, - robustesse des performances dynamiques face aux effets des dispersions de fabrication, de la température et de la tension d'alimentation, - suppression des contraintes d'apprentissage particulier, - identification en temps réel et maintien des performances d'un actionneur à compensation réglable, -possibilité de fonctionnement en mode dégradé, de façon transparente pour le conducteur du véhicule, en cas d'indisponibilité des informations utilisées par le circuit d'asservissement à boucle de courant ou par le circuit d'asservissement en position.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande adaptative d'un actionneur en particulier d'embrayage ou de boîte de vitesses pour véhicule automobile, comprenant un moteur électrique (14) à courant continu alimenté en énergie par l'intermédiaire d'un pont en H (16), au moins un capteur détectant la position d'un organe déplacé par l'actionneur, un circuit (32) d'asservissement en position de cet organe et un circuit (34) d'asservissement par boucle de courant, monté en cascade avec le circuit (32) d'asservissement en position, caractérisé en ce que le circuit (34) d'asservissement par boucle de courant comprend un comparateur (54) qui reçoit un signal (52) de consigne de courant fourni par le circuit (32) d'asservissement en position et un signal (24) de courant circulant dans le moteur et qui génère un signal d'écart (58) appliqué à un circuit correcteur 60) du type P-I à anti-saturation qui délivre un signal (62) de rapport cyclique appliqué au pont en H (16) pour déterminer la tension d'alimentation du moteur électrique (14).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (32) d'asservissement en position comprend un filtre (36) recevant en entrée un signal (38) de consigne de position et générant un signal (40) de consigne de position filtré et adapté en gain, appliqué à un comparateur (42) recevant également un signal (44) de position d'actionneur appliqué par l'intermédiaire d'un filtre (48 reconstructeur d'état sur la mesure de position, et un circuit (50) correcteur de position avec un mécanisme d'anti- saturation recevant le signal (46) de sortie du comparateur et générant un signal (52) de consigne de courant borné, qui est appliqué à l'entrée du comparateur (54) du circuit (34) d'asservissement par boucle de courant.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit correcteur (60) de la boucle de courant comprend un intégrateur (60) dont la sortie est reliée à un amplificateur (68) de gain 1/Ti, qui sont montés en parallèle sur un amplificateur de gain Kp et qui sont reliés avec lui par 34 un additionneur (70) à un circuit de saturation (72) fournissant le signal (62) de rapport cyclique appliqué au pont en H (16), et un comparateur (74) recevant le signal de sortie de l'additionneur (70) et le signal de sortie (62) du circuit de saturation (72) et générant un signal (76) appliqué par l'intermédiaire d'un amplificateur (78) à l'entrée d'un autre comparateur (80) monté à l'entrée de l'intégrateur (66) pour réduire l'intégration lorsque le signal de sortie de l'additionneur (70) est supérieur aux limites fixées par le circuit de saturation (72).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul et d'adaptation des gains Kp et Ti des amplificateurs (64, 68) du circuit correcteur (60) de la boucle de courant pour que le système corrigé soit insensible en basse fréquence et en haute fréquence aux dispersions et à l'influence des grandeurs telles que la température et la tension d'alimentation.

5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens de calcul des gains Kp et Ti comprennent des moyens (102) de calcul de la vitesse du moteur à partir de la position mesurée (30) de l'actionneur, de calcul et de filtrage de la tension moyenne (110) d'alimentation du moteur par multiplication du rapport cyclique et de la tension d'alimentation du pont en H, et de filtrage du courant (24) passant dans le moteur, les filtrages permettant d'avoir un même retard de phase sur les différents signaux traités, et des moyens (114) de calcul de la résistance électrique et de la constante de force contre- électromotrice du moteur pour une température ambiante mesurée à partir des dites valeurs filtrées du courant moteur, de la vitesse moteur et de la tension appliquée au moteur.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance électrique du moteur et sa constante de force contre-électromotrice sont calculées par la méthode des moindres carrés et les valeurs calculées sont appliquées à des moyens (114) de calcul de valeurs moyennes avec des valeurs initiales qui ont été préalablement mémorisées 35 et/ou déterminées par apprentissage lors d'une première mise en service du dispositif.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (128) de calcul des valeurs des gains Kp et Ti du circuit correcteur (60) de la boucle de courant à partir des valeurs moyennes de la résistance du moteur, de la valeur mesurée de la tension d'alimentation du pont en H et de valeurs nominales de cette résistance et de cette tension.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour autoriser le fonctionnement des moyens (128) de calcul des valeurs des gains Kp et Ti uniquement quand le pont en H est au repos et quand l'actionneur n'est pas commandé.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fonctionnement en mode dégradé lorsque la valeur mesurée (24) du courant dans le moteur n'est pas disponible, ces moyens comprenant des moyens d'inactivation du circuit correcteur (60) de la boucle de courant et des moyens d'activation de moyens (140) de calcul du rapport cyclique de commande du pont en H à partir du signal (52) de consigne de courant, de la valeur mesurée (28) de la tension d'alimentation du pont en H et de la valeur calculée de la résistance électrique du moteur.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, quand la valeur mesurée (24) du courant dans le moteur n'est pas disponible, il comprend des moyens (142) de calcul d'une information de courant moteur à partir de la valeur mesurée (28) de la tension d'alimentation du pont en H, des valeurs calculées de la résistance et de la constante de force contre-électromotrice du moteur, de la valeur mesurée (30) de position de l'actionneur et de la valeur (62r) retardée du rapport cyclique de commande du pont en H.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur étant un actionneur d'embrayage à 36 compensation d'effort avec une précharge réglable appliquée par un ressort de rappel, il comprend des moyens d'adaptation de l'effort de compensation à l'usure de l'embrayage pour que l'effort vu par le moteur (14) de l'actionneur soit sensiblement le même pour l'ouverture et la fermeture de l'embrayage.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation de l'effort de compensation comprennent des moyens (190) d'estimation de la valeur instantanée de la charge moteur à partir de la position mesurée de l'actionneur, de la constante de force contre-électromotrice et de la valeur mesurée (24) du courant moteur et de la force dynamique du moteur calculée à partir de son accélération et de son inertie, des moyens (196) de détermination de la tendance de la charge en fonction de la position de l'actionneur pour chacun des deux sens de déplacement de l'actionneur, des moyens (202) de calcul des énergies de débrayage et d'embrayage à partir de ces tendances et de l'écart entre ces énergies, des moyens (212) de calcul du nombre d'opérations de rattrapage à effectuer, des moyens (214) de détermination du déséquilibre de la compensation d'effort et de la correction de précharge à effectuer, et des moyens (216) de détermination du signal de consigne de position de l'actionneur et de réalisation du nombre prédéterminé d'opérations de rattrapage à la désactivation du système de pilotage de l'actionneur.

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (222, 226) de calcul des températures de bobinage et d'aimants du moteur à partir de valeurs initiales et actuelles de la résistance moteur et de la constante de force contre-électromotrice respectivement, des moyens (230) de surveillance des variations des températures calculées de bobinage et d'aimants, et des moyens (234) de réduction des périodes et/ou du nombre d'actionnements du moteur de l'actionneur quand des valeurs limites prédéterminées de ces températures ou de leurs taux de variation sont atteintes. 37

14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul d'une position de l'actionneur en l'absence du signal correspondant, cette position étant obtenue par calcul de la force magnétomotrice et de la charge du moteur à partir de la valeur mesurée (24) du courant moteur, de la valeur calculée de la constante de force contre-électromotrice et de la pente et de l'ordonnée à l'origine de la tendance de la charge, puis par calcul de la quantité de mouvement et par deux intégrations successives (254, 258) fournissant des valeurs calculées de la vitesse du moteur et de la position de l'actionneur, qui sont réappliquées en entrée des moyens (246) de calcul de la charge du moteur.

15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de limitation de l'effort moteur par détermination de valeurs limites du courant moteur, qui varient en temps réel et protègent le moteur contre la démagnétisation ainsi que la mécanique de l'actionneur, et de comparaison à ces valeurs limites des signaux de consigne de courant générés par le circuit (32) d'asservissement en position.

16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à courant continu, à commutation électrique, avec ou sans aimants, ou un moteur synchrone ou asynchrone.

17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il commande un actionneur d'embrayage, de boîte de vitesses, de lève-vitres, de système d'essuyage, de toit ouvrant, de réglage de siège ou d'arrêt et démarrage automatiques d'un moteur à combustion interne à l'arrêt d'un véhicule automobile.