FR2920501A1

FR2920501A1 - Procede et systeme de pilotage d'un organe de couplage d'une chaine de traction d'un vehicule automobile

Info

Publication number: FR2920501A1
Application number: FR0757237A
Authority: FR
Inventors: Frederic Colledani; Damien Rouillard
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-06

Abstract

Procédé de pilotage d'un organe de couplage d'une chaîne de traction d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, disposé entre un moteur thermique et un arbre primaire transmettant la puissance motrice à au moins une roue du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses pilotée, ledit procédé consistant, dans la phase de décollage du véhicule, à fournir un couple de consigne à appliquer au dispositif de couplage, déterminé à partir du régime moteur, ledit procédé étant caractérisé, en outre, en ce qu'il consiste à estimer l'erreur relative entre le couple transmissible par le dispositif de couplage, déterminé à partir du régime moteur, et la position mesurée du dispositif de couplage, traduite en couple, en mettant en oeuvre un estimateur prenant en compte le régime moteur mesuré, le couple moteur, la position de l'organe de couplage, traduite en couple, et le couple de consigne à appliquer à l'organe de couplage pour fournir en sortie de l'estimateur une estimation de la perturbation de couple transmissible sur le dispositif de couplage pour corriger la consigne de couple à appliquer à l'embrayage .

Description

Procédé et système de pilotage d'un organe de couplage d'une chaîne de traction d'un véhicule automobile

L'invention concerne les stratégies de pilotage d'un organe de couplage d'un groupe motopropulseur d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, associé à une boîte de vitesses robotisée également connue sous l'acronyme BVMP. Un groupe motopropulseur d'un véhicule, connu également sous l'acronyme GMP, et appelé également chaîne de traction, comprend entre autre, un ~0 embrayage sec ou tout autre organe de couplage, disposé entre le moteur thermique et un arbre primaire transmettant la puissance motrice à au moins une roue du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses pilotée. L'invention concerne plus particulièrement, mais pas exclusivement un procédé et un système de pilotage d'un embrayage d'un véhicule, notamment d'un ~s véhicule automobile, à partir de l'estimation du couple transmissible par l'embrayage ou de l'erreur sur le couple transmissible. Les véhicules équipés d'une boîte de vitesses et d'un embrayage piloté nécessitent une bonne coordination au niveau du GMP, c'est-à-dire un contrôle cohérent en termes de couple moteur et de positionnement de l'embrayage. 20 L'invention s'intéresse plus particulièrement, mais pas exclusivement, au cas du décollage , qui correspond à la phase où le véhicule part de l'arrêt (vitesse nulle) et prend de la vitesse grâce à un couple transmis par l'embrayage. Durant cette phase, l'embrayage est glissant, c'est-à-dire que les régimes du moteur et de l'arbre primaire ne sont pas synchronisés. 25 L'invention s'applique notamment à une architecture de contrôle pour laquelle le couple moteur est imposé par le conducteur (à travers la pédale), et où l'embrayage est commandé selon une loi simple : la position de l'embrayage (ou plus précisément la commande) est déterminée en fonction du régime moteur. Cette fonction peut être linéaire ou non linéaire. 30 Les avantages d'une telle stratégie sont sa simplicité et son aspect stabilisant. En revanche, la trajectoire de régime est imposée, et varie selon les dispersions de l'embrayage : pour une même position d'embrayage, le couple transmis peut différer de manière très significative. Un exemple d'architecture possible, pour le pilotage d'un embrayage, est notamment décrit dans la demande de brevet déposé sous le numéro FR 06 00092 dont on rappelle brièvement ci-après le fonctionnement en référence à la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté partiellement en demi-coupe axiale, un embrayage 1 de type piloté qui comporte, entre autres, un volant d'inertie 2 relié au vilebrequin 3 du moteur par un dispositif amortisseur, non représenté. Sur l'arbre primaire 4 de la boîte de vitesses, non représentée, sont montés lo coulissants des disques d'embrayage 5 et l'embrayage 1 comporte également un plateau de pression 6 qui, de manière classique, est solidaire en rotation de l'arbre primaire 4 et qui peut coulisser sur cet arbre primaire 4. En fonction du déplacement du plateau de pression 6, les disques 5 peuvent passer d'une position débrayée dans une position embrayée. 15 Le déplacement du plateau de pression 6 est assuré par un piston récepteur 11 d'un dispositif de commande désigné dans son ensemble par la référence 10. Le dispositif de commande 10 comprend, dans cet exemple, un circuit hydraulique 12 comportant un piston générateur 13 de pression relié par ce circuit 12, au piston récepteur 11. Le piston générateur 13 de pression est 20 déplaçable par un organe de commande 14 actionné par un moteur électrique 15. L'organe de commande est formé par un système de démultiplication non réversible, comme par exemple un système vis/écrou pour que le moteur électrique 15 ne soit pas alimenté si une pression constante doit être maintenue dans le circuit hydraulique 12. De plus, un système non réversible évite que 25 l'embrayage 1 s'ouvre par lui même en cas de panne électrique. Le circuit 12 comprend aussi, entre le piston générateur 13 de pression et le piston récepteur 11, un capteur de pression 20 relié à un calculateur 16 de pilotage du moteur électrique 15 en fonction des informations fournies par ce capteur 20 et en fonction de lois prédéterminées de pilotage de l'embrayage 1, 3o par exemple issues d'une cartographie indiquant une correspondance couple idéal/pression. Le circuit hydraulique 12 comporte également, des moyens 25 de contrôle de la progressivité de la montée en pression dans le circuit 12 par l'intermédiaire du piston générateur 13. A la place d'un capteur de pression, on peut également utiliser un capteur de position associé à une cartographie couple/position. s Précisions sur la relation position û couple : Un embrayage piloté est traditionnellement contrôlé en position, c'est-à-dire qu'un dispositif de contrôle permet d'asservir la position du plateau de pression 6 (sur la figure 1) conformément à une position de consigne. Or, pour contrôler la dynamique longitudinale du véhicule, c'est le couple réellement transmis par lo l'embrayage qu'il s'agit de contrôler. Ainsi, l'embrayage est caractérisé par une fonction exprimant son couple transmissible en fonction de sa position. Cette fonction sera détaillée en détail plus loin en référence à la figure 4. Cette fonction bijective traduit en fait un comportement moyen de l'embrayage, dans la réalité le couple transmissible peut, d'une situation à l'autre, varier ls considérablement. Comme on le verra plus loin, la grandeur Cembpos représente le couple issu de cette fonction prédéfinie, appelé également couple image de la position de l'embrayage. De manière générale, les stratégies de décollages existantes ne prennent pas 20 explicitement en compte les dispersions au niveau de l'embrayage, qui agissent sur le système comme une perturbation de couple, perturbations qui peuvent avoir une amplitude significative. Le procédé selon l'invention a notamment pour but de pallier cet inconvénient en proposant une solution qui garantit un comportement satisfaisant, 25 indépendamment des dispersions de comportement de l'embrayage. L'invention propose une amélioration de la stratégie de base, consistant à ajouter un terme correctif capable de réduire largement les effets dus aux dispersions de couple de l'embrayage, et donc d'améliorer nettement la fiabilité de la stratégie de commande de l'embrayage : la stratégie pouvant être répétée 30 avec l'obtention d'un même résultat. A cet effet, l'invention a pour premier objet, un procédé de pilotage d'un organe de couplage d'une chaîne de traction d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, disposé entre un moteur thermique et un arbre primaire transmettant la puissance motrice à au moins une roue du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses pilotée, ledit procédé consistant, dans la phase de décollage du véhicule, à fournir un couple de consigne à appliquer à s l'organe de couplage, déterminé à partir du régime moteur, ledit procédé étant caractérisé, en outre, en ce qu'il consiste à estimer l'erreur relative entre le couple transmissible par l'organe de couplage, déterminé à partir du régime moteur, et la position mesurée de l'organe de couplage, traduite en couple, en mettant en oeuvre un estimateur prenant en compte le régime moteur mesuré, io le couple moteur, la position de l'organe de couplage, traduite en couple, et le couple de consigne à appliquer à l'organe de couplage pour fournir en sortie de l'estimateur une estimation de la perturbation de couple transmissible sur l'organe de couplage pour corriger la consigne de couple à appliquer à l'embrayage. 15 L'invention a également pour deuxième objet, un système de pilotage d'un organe de couplage pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande comportant l'estimateur apte à implémenter les fonctions d'estimation et de filtrage, et agissant sur l'organe de couplage. 20 La présente invention a pour principal avantage de réduire les dispersions du comportement dynamique global du GMP occasionnées par le manque de reproductibilité du comportement de l'embrayage lors des différents décollages. La conséquence de ceci est que la prestation globale du véhicule lors d'un décollage pourra être significativement améliorée. Par exemple, pour un même 25 profil d'enfoncement pédale, les variations de régime et d'accélération véhicule resteront proches du cas nominal, et ce malgré des comportements de l'embrayage très différents. Au final, l'invention permet, tout en gardant tout ou partie de la stratégie de décollage existante, de limiter la sensibilité du GMP piloté aux variations de 3o comportement de l'embrayage. 2920501 s D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, présente une architecture simplifiée d'un GMP de l'état de l'art comportant une BVMP ; la figure 2 présente un schéma de principe du procédé selon l'invention mettant en oeuvre un estimateur permettant de compenser les changements de comportement de l'embrayage, et donc d'améliorer sensiblement la prestation du véhicule ; la figure 3 présente un estimateur global selon l'invention comportant une fonction de filtrage du bruit des mesures de positionnement de l'embrayage ; et la figure 4 présente un exemple d'évolution du couple transmissible théorique Cembpos de l'embrayge en fonction de la position de l'embrayage.

Le schéma de la figure 2 distingue la partie stratégie de base (en haut sur la figure), fournissant le couple à appliquer à l'embrayage en fonction du seul régime moteur Wmth, de la partie estimateur , proprement dit,(en bas sur la figure) qui réalise un calcul parallèle, et permet l'ajustement de la commande appliquée à l'embrayage.

La partie stratégie de base est constituée principalement d'une cartographie de décollage déjà évoquée dans le préambule de la description. Les entrées de l'estimateur sont le régime moteur mesuré Wmth, le couple moteur CmthCmm, la position de l'embrayage traduite en couple embrayage Cembpos, (le couple est l'image de la position de l'embrayage) et la consigne de couple réelle Cembcns. La sortie est l'estimation de la perturbation sur l'embrayage demb et, éventuellement, le régime moteur et le couple moteur estimés. L'estimateur peut éventuellement être composé de plusieurs éléments. On présente ici dans un premier temps, la fonction principale d'estimation, puis dans un second temps, une fonction dite secondaire qui peut être implantée dans le cas où les mesures de la position de l'embrayage sont bruitées. L'estimateur est ici un système linéaire. Pour déterminer l'écriture finale -de l'estimateur, on cherche d'abord une écriture de l'organe de couplage à piloter qui soit pertinente, sous la forme d'équations d'état : j.x=Ax+Bu ~} = C.x où x représente le vecteur d'état du système, u les entrées de commande, y les 5 sorties mesurées. Dans cette optique, on propose de décrire l'organe de couplage considéré dans le cas du décollage par : + wnnh 0 1 / J Cdd',n,h 0 ù /12,n Cl,n,h o O ue,nh/ \O O _ (0 o o o).x 1/J -1(mn,:" O O L md, -1/ Zdm,h O dnäh 0 0 demh Cnäh ' n,n \ Cembl'oa / Où Cmth et dmth représentent respectivement le couple moteur et la perturbation Io sur le couple moteur, et demb désigne une perturbation de couple sur l'embrayage. J est l'inertie du moteur tandis que Tm représente la constante de temps de la principale dynamique du moteur thermique. tdmth est la constante de temps d'une perturbation moyenne de couple moteur ts Cette écriture, qui s'affranchit de l'utilisation de modèles dynamiques élaborés pour l'embrayage et le moteur, vise à obtenir une solution robuste, c'est-à-dire une solution peu sensible aux caractéristiques précises de ces organes. Ceci est rendu possible par l'utilisation des informations relatives à la mesure de position de l'embrayage, d'une part, et du couple fourni par le calculateur 20 moteur d'autre part. L'estimateur se déduit du modèle précédent selon les relations suivantes : (u x= (AùKähÇC)z+(B Käl,,). yohs = X =Az+Bu+Käh,(yùC. ) y,,/ S = z

Le gain correctif de l'estimateur, Kobs, peut être déterminé de manière à imposer 25 la dynamique souhaitée ou à minimiser la norme de l'erreur d'estimation (par exemple en utilisant un filtre de Kalman). En écrivant le gain de retour d'état Kobs = (k1, k2, k3, k4)', les équations explicites de l'estimateur s'expriment de la façon suivante : unir; (ùk, 1/J 1/J -1/J` ùk2 -1/z, 0 0 ùk3 0 -1/z,md, 0 `ùka 0 0 0 X= 0mlh C;nth u,n,h + On retrouve bien les trois entrées CmthCmm, CembPos et Wmth. On récupère en sortie tout ou partie des informations relatives à l'estimation de la perturbation sur l'embrayage, du régime et du couple moteur. Io Cet estimateur traduit donc la fonction principale de l'invention. La variable demb, en sortie de cet estimateur, peut alors être ajoutée à la stratégie de commande de base, conformément au schéma de la figure 2. Dans une autre utilisation, l'estimée de la perturbation sur l'embrayage demb est la sortie principale, et peut être réinjectée en sortie de la cartographie pour 15 l'ajustement de la commande appliquée à l'embrayage. Lorsque la mesure de la position de l'embrayage traduite en couple, CembPos, est bruitée, on peut l'améliorer en utilisant un estimateur global comportant en amont de l'estimation proprement dite ou fonction principale, un dispositif de filtrage dite fonction secondaire, qui a pour fonction de filtrer cette mesure sans 20 introduire de déphasage pénalisant. L'estimateur global ainsi réalisé est décrit ci-après en référence à la figure 3. Le dispositif de filtrage reçoit, en entrée, la position de l'embrayage traduite en couple embrayage CembPos par une fonction du type de celle illustrée à la figure 4, et la consigne de couple réelle CembCns. 25 La sortie du dispositif de filtrage est l'estimée du couple embrayage CembPos. Les équations représentatives de l'organe de couplage, considérées pour le dispositif de filtrage s'expriment de la façon suivante : Crmbmes ù l~emh \ C` 0r \ /

rC y = (1 1). emhme.s d emhmes / 0 \ (ce,nbn e. + /1 /'remb 0, d e,nbn,e., / \ O

euthen.a Et les équations explicites du dispositif d'estimation de la façon suivante (si le 5 gain d'observation est noté [k5 k6]') : = /ù 1 / 2emb ù k5 ù k5 (Cembmes + (1 / Zemb k5 (Cembcns û k5 û k6) d mimes 0 k6y yobs = (1 1). r e mbmes• e n:hmes / Cette fonction secondaire permet d'obtenir une estimation lissée dec utilisable en entrée de la fonction principale. Par rapport à l'état de l'art, le procédé qui vient d'être décrit a pour particularité to de mettre en oeuvre un estimateur dédié à la détermination du couple transmissible (ou de l'erreur de couple transmissible). L'estimateur, en se basant sur plusieurs informations et notamment le couple moteur, détermine l'erreur entre le couple CembPos (représentant un comportement moyen de l'embrayage) et le couple réellement transmis par l'embrayage, et agit en ts conséquence sur la commande de ('embrayage. En d'autres termes, le procédé décrit ci-dessus, prend explicitement en compte le fait que pour une même position d'embrayage, le couple transmissible résultant peut largement varier. Bien que le procédé ait été introduit ici avec une stratégie de base (du type position embrayage déterminée en fonction du régime moteur), il est important 20 de souligner que l'estimateur reste entièrement compatible avec une stratégie de décollage plus évoluée. Par exemple, une stratégie multi-variable quelconque pourra être largement améliorée avec l'utilisation d'un tel estimateur de couple. De plus, cet estimateur ne nécessite pas la connaissance précise de la 25 dynamique du moteur ou de l'actionneur d'embrayage. Il reste donc générique

et applicable pour de nombreuses motorisations et systèmes de couplage pilotés. Par exemple, ce procédé restera tout aussi pertinent en présence d'organes de couplage du type double embrayage ou boite de vitesses automatisée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de pilotage d'un organe de couplage d'une chaîne de traction d'un s véhicule, notamment d'un véhicule automobile, disposé entre un moteur thermique et un arbre primaire transmettant la puissance motrice à au moins une roue du véhicule par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses pilotée, ledit procédé consistant, dans la phase de décollage du véhicule, à fournir un couple de consigne à appliquer à l'organe de couplage, déterminé à partir du régime ~o moteur, ledit procédé étant caractérisé, en outre, en ce qu'il consiste à estimer l'erreur relative entre le couple transmissible par l'organe de couplage, déterminé à partir du régime moteur, et la position mesurée de l'organe de couplage, traduite en couple, en mettant en oeuvre un estimateur prenant en compte le régime moteur mesuré, le couple moteur, la position de l'organe de 15 couplage, traduite en couple, et le couple de consigne à appliquer à l'organe de couplage pour fournir en sortie de l'estimateur une estimation de la perturbation de couple transmissible sur l'organe de couplage pour corriger la consigne de couple à appliquer à l'embrayage . 20

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de couplage à piloter est modélisé est à partir d'équations d'état de la forme : z=Ax+Bu y = Cx 1/J 1/J 0 0 -1 / z<<ä,d, - 1/J\'w nät, Cnul, dnä r, 0 / `j en,.h + 0 0 C'en,/J'a, l _ (1 0 0 O).x 25 où x représente le vecteur d'état du système, u les entrées de commande, y les sorties mesurées ; où Cmth et dmth représentent respectivement le couple moteur et la perturbationsur le couple moteur, et demb désigne une perturbation de couple sur l'organe de couplage ; où J est l'inertie du moteur tandis que Tm représente la constante de temps de la principale dynamique du moteur thermique ; et où Tdmth est la constante de temps d'une perturbation moyenne de couple moteur.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'estimateur se déduit du modèle selon les équations suivantes : =A+Bu+K,hÇ.(yùCx) yoha = .X ul z = (AùKäh,C)z+(B K,,,,, Y, Y,,b, = le gain correctif de l'estimateur, Kobs, peut être déterminé par de manière à imposer la dynamique souhaitée ou à minimiser la norme de l'erreur d'estimation, et en écrivant le gain de retour d'état Kobs = (k1, k2, k3, k4)', les équations 15 explicites de l'estimateur s'expriment de la façon suivante : x= + - 1/J 1/J -1/P 'd)llrlh' - -1/2n, 0 O C,n,h 0 i / i mt{, 0 u,,,th 0 0 0 J (.emh )0 -1/J k,` 1/r, ,, 0 k2 0 0 k, 0 0 k4) Cmlhl:nun L emht'ox coma, l nh.t =.i'-

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 20 consiste en outre, lorsque les mesures de position de l'organe de couplage sont bruitées, à filtrer les mesures avant d'estimer la perturbation de couple par l'estimateur, le filtrage prenant en compte le couple image de la position de l'organe de couplage et le couple de consigne à appliquer à l'organe de couplage pour délivrer en sortie de filtrage l'estimée du couple image de la 25 position de l'organe de couplage.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les équations du modèle pour le filtrage s'expriment de la façon suivante : F l Cembmes iù 1 / Zemb 01 (Cemhme.s + / 'rem!) \ernes ) \. 0 0/ \ U emhmc., / 0 emhcn, c rC y _ ~1 1 embmes \. demhmc / et en ce que les équations explicites du dispositif d'estimation s'expriment par les équations suivantes, avec le gain d'observation noté [k5 k6]' : = ù 1 / Zem6 ù k5 ù k5 ernbmes `+ /1 / Zemb k5 1 Cembcns \ 0 k>/ y 1a ce filtrage permet d'obtenir une estimation lissée de , utilisable en entrée de l'estimateur.

6. Système de pilotage d'un organe de couplage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en 15 ce qu'il comporte un dispositif de commande (10) comportant l'estimateur apte à implémenter les fonctions d'estimation et de filtrage, et agissant sur l'organe de couplage (1). ùkb k6 ù k 6 / r Cc enrbmes / tiOI= (1 1).~Cenrbn,es .S aa uembmes /