FR3104201A1 - Method and system for controlling the regulation of a variable geometry turbine of a turbocharger of a motor vehicle engine - Google Patents
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Abstract
Procédé (40) de commande de la régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable d’un turbocompresseur d’un moteur de véhicule automobile comprenant un moteur électrique configuré pour commander l’ouverture et la fermeture des ailettes de ladite turbine, dans lequel on calcule une erreur (e(t)) en fonction d’une consigne de position angulaire du moteur électrique et d’une valeur mesurée de la position angulaire des ailettes de la turbine ; on calcule une surface de glissement (S) de convergence de la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur (e(t)) et d’un paramètre de temps de convergence (τ) ; on calcule une tension discontinue (Udisc) en fonction de la valeur de la position angulaire du moteur électrique, de la valeur de la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre ; on calcule d’une tension équivalente (Ueq) en fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine ; et on calcule une consigne de tension (U) à transmettre au moteur électrique en fonction des tensions discontinue (Udisc) et équivalente (Ueq). Figure pour l’abrégé : Fig 3Method (40) for controlling the regulation of the boost pressure of a variable geometry turbine of a turbocharger of a motor vehicle engine comprising an electric motor configured to control the opening and closing of the fins of said turbine , in which an error (e (t)) is calculated as a function of an angular position setpoint of the electric motor and of a measured value of the angular position of the blades of the turbine; a sliding surface (S) of convergence of the angular position of the fins is calculated as a function of said error (e (t)) and of a convergence time parameter (τ); a discontinuous voltage (Udisc) is calculated as a function of the value of the angular position of the electric motor, of the value of the angular position of the blades of the turbine, and of a parameter; an equivalent voltage (Ueq) is calculated as a function of physical parameters of the motor, the speed and angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine; and a voltage setpoint (U) to be transmitted to the electric motor is calculated as a function of the discontinuous (Udisc) and equivalent (Ueq) voltages. Figure for the abstract: Fig 3
Description
La présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles, et plus particulièrement, la commande d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile, et notamment la commande du turbocompresseur dudit moteur.The present invention relates to the field of motor vehicles, and more particularly, the control of an internal combustion engine of a motor vehicle, and in particular the control of the turbocharger of said engine.
La commande du moteur ou contrôle moteur permet d’assurer la gestion d’un moteur à combustion interne, y compris l’ensemble de ses capteurs et actionneurs. L’ensemble des lois de commande et des paramètres de caractérisation, c’est-à-dire les calibrations, d’un moteur sont généralement contenues dans un calculateur ou unité de commande électronique, d’acronyme «UCE».Engine control or engine control is used to manage an internal combustion engine, including all of its sensors and actuators. All of the control laws and characterization parameters, i.e. the calibrations, of an engine are generally contained in a computer or electronic control unit, acronym "UCE".
De manière connue, un turbocompresseur comprend une turbine et un compresseur configuré pour augmenter la quantité d’air admise dans les cylindres du moteur en augmentant la pression du débit volumique admis. La turbine est située à la sortie du collecteur d’échappement et est entraînée par les gaz d’échappement. La puissance fournie par les gaz d’échappement à la turbine peut être modulée grâce à des ailettes afin de former une turbine à géométrie variable, d’acronyme «TGV», ou d’acronyme «VNT» pour «variable nozzle turbine» en termes anglo-saxons. L’inclinaison desdites ailettes est commandée afin de prélever plus ou moins d’énergie aux gaz traversant la turbine.In known manner, a turbocharger comprises a turbine and a compressor configured to increase the quantity of air admitted into the cylinders of the engine by increasing the pressure of the admitted volume flow. The turbine is located at the outlet of the exhaust manifold and is driven by the exhaust gases. The power provided by the exhaust gases to the turbine can be modulated using fins to form a variable geometry turbine, acronym “TGV”, or acronym “VNT” for “variable nozzle turbine” in terms Anglo-Saxons. The inclination of said fins is controlled in order to extract more or less energy from the gases passing through the turbine.
Le compresseur, monté sur le même axe que la turbine, est configuré pour comprimer l’air entrant dans le collecteur d’admission grâce à l’énergie prélevée par la turbine sur les gaz d’échappement.The compressor, mounted on the same axis as the turbine, is configured to compress the air entering the intake manifold using the energy taken by the turbine from the exhaust gases.
Un échangeur peut être disposé entre ledit compresseur et le collecteur d’admission afin de refroidir l’air à la sortie du compresseur en cas de surchauffe de l’air par la compression.An exchanger can be arranged between said compressor and the intake manifold in order to cool the air at the outlet of the compressor in the event of overheating of the air by compression.
Un moteur électrique est généralement utilisé pour piloter l’ouverture et la fermeture des ailettes. Un signal de commande de l’actionneur est transmis par l’unité de commande électronique afin d’asservir la pression dans le collecteur d’admission sur une consigne de pression de collecteur, par exemple le collecteur d’admission ou le collecteur d’échappement. La consigne de position des ailettes est ainsi calculée par l’unité de commande électronique et la position réelle desdites ailettes est mesurée par exemple par un capteur à effet Hall placé sur le moteur entrainant lesdites ailettes.An electric motor is generally used to drive the opening and closing of the fins. An actuator control signal is transmitted by the electronic control unit in order to control the pressure in the intake manifold on a manifold pressure setpoint, for example the intake manifold or the exhaust manifold . The position setpoint of the fins is thus calculated by the electronic control unit and the actual position of said fins is measured, for example, by a Hall effect sensor placed on the motor driving said fins.
En plus des efforts de frottements de la turbine à géométrie variable, le moteur électrique subit les efforts dus aux pressions des gaz avant turbine.In addition to the friction forces of the variable geometry turbine, the electric motor is subjected to the forces due to the pressures of the gases before the turbine.
Toutefois, les normes européennes liées aux contraintes environnementales imposent de connaitre les différentes données physiques du moteur thermique.However, European standards related to environmental constraints require knowledge of the various physical data of the heat engine.
Les cahiers des charges des actionneurs dits «bas niveaux», et notamment de la turbine à géométrie variable imposent des temps de réponse de plus en plus rapides et des précisions de plus en plus grandes, ce qui nécessite des systèmes de commande qui soient non seulement efficaces, mais également robustes, avant de prendre en compte les dispersions du système, tout en maintenant un niveau satisfaisant de performance de la régulation.The specifications of so-called "low-level" actuators, and in particular of the variable-geometry turbine, require increasingly rapid response times and increasingly high precision, which requires control systems that are not only effective, but also robust, before taking into account the dispersions of the system, while maintaining a satisfactory level of performance of the regulation.
Afin de réguler la pression de suralimentation d’un turbocompresseur, il est connu de transformer une consigne de taux de compression en taux de détente afin d’utiliser l’actionneur de la manière la plus naturelle possible. Pour cela, on utilise un procédé de commande d’actionneur configuré pour transformer ladite consigne de taux de détente en consigne de position de l’actionneur.In order to regulate the boost pressure of a turbocharger, it is known to transform a compression rate setpoint into an expansion rate in order to use the actuator in the most natural way possible. To do this, an actuator control method configured to transform said expansion rate setpoint into an actuator position setpoint is used.
La régulation dite «bas-niveau» de suralimentation consiste à contrôler les ailettes de la turbine à géométrie variable en position à partir d’un moteur à courant continu. L’objectif est de déterminer une consigne de commande en tension du moteur électrique à partir d’une consigne de position et de sa valeur mesurée.The so-called “low-level” supercharging regulation consists of controlling the position of the variable-geometry turbine blades from a DC motor. The objective is to determine a voltage command setpoint for the electric motor from a position setpoint and its measured value.
On connaît les systèmes et procédés de commande de la régulation de la pression de suralimentation d’un turbocompresseur qui utilisent des régulateurs de type proportionnel-intégral-dérivé, PID. Un tel type de régulateur est simple et facile à calibrer. Toutefois, il s’agit d’un régulateur de type linéaire qui ne prend pas en compte les non-linéarités du système et n’est donc pas robuste. Par ailleurs, un tel régulateur PID n’est efficace que sur une plage d’utilisation restreinte.Systems and methods for controlling the supercharging pressure of a turbocharger are known which use regulators of the proportional-integral-derivative, PID type. Such a type of regulator is simple and easy to calibrate. However, it is a linear type regulator which does not take into account the non-linearities of the system and is therefore not robust. Moreover, such a PID regulator is effective only over a limited range of use.
Afin d’améliorer les régulateurs PID, il est connu de les associer avec des systèmes de calibrations différents pour des plages différentes de point de fonctionnement. Toutefois, il est nécessaire d’utiliser des cartographies exhaustives de gains, ce qui engendre une augmentation considérable du temps de calibration.In order to improve PID regulators, it is known to associate them with different calibration systems for different operating point ranges. However, it is necessary to use exhaustive mappings of gains, which generates a considerable increase in the calibration time.
On connait aussi les régulateurs de type RST basés sur trois fonctions de transfert. De tels régulateurs nécessitent une identification du système à contrôler sous la forme d’un système linéaire.RST type regulators based on three transfer functions are also known. Such regulators require an identification of the system to be controlled in the form of a linear system.
Il existe un besoin de fournir un système et procédé de régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable capable de prendre en compte la non-linéarité et le comportement du moteur.There is a need to provide a system and method for regulating the boost pressure of a variable geometry turbine capable of taking into account the non-linearity and the behavior of the engine.
L’objectif de l’invention est de pallier les inconvénients précités et d’améliorer les systèmes et procédés de régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable.The objective of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks and to improve the systems and methods for regulating the supercharging pressure of a turbine with variable geometry.
La présente invention a pour objet un procédé de commande de la régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable d’un turbocompresseur d’un moteur de véhicule automobile comprenant un moteur électrique configuré pour commander l’ouverture et la fermeture des ailettes de ladite turbine, comprenant:
- une étape de calcul d’une erreur en fonction d’une consigne de position angulaire du moteur électrique et d’une valeur mesurée de la position angulaire des ailettes de la turbine;
- une étape de calcul d’une surface de glissement de convergence de la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur et d’un paramètre de temps de convergence ;
- une étape de calcul d’une tension discontinue en fonction de la valeur de la position angulaire du moteur électrique, de la valeur de la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre;
- une étape de calcul d’une tension équivalente en fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine; et
- une étape d’une consigne de tension à transmettre au moteur électrique en fonction des tensions discontinue et équivalente.The subject of the present invention is a method for controlling the regulation of the boost pressure of a variable geometry turbine of a turbocharger of a motor vehicle engine comprising an electric motor configured to control the opening and closing of the blades of said turbine, comprising:
- a step of calculating an error as a function of an angular position setpoint of the electric motor and a measured value of the angular position of the blades of the turbine;
- a step of calculating a convergence sliding surface of the angular position of the fins as a function of said error and of a convergence time parameter;
- a step of calculating a discontinuous voltage as a function of the value of the angular position of the electric motor, of the value of the angular position of the blades of the turbine, and of a parameter;
- a step of calculating an equivalent voltage as a function of physical parameters of the motor, of the speed and of the angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine; And
- a step of a voltage setpoint to be transmitted to the electric motor according to the discontinuous and equivalent voltages.
Ainsi, la régulation par surface de glissement dite « sliding mode contrôle», d’acronymeSMC en termes anglo-saxons, de la turbine à géométrie variable est plus efficace en termes de rapidité et d’inhibition des phénomènes non-linéaires. En effet, une telle régulation permet de combattre les non-linéarités physiques sans avoir à ajouter des corrections supplémentaires au cas par cas.Thus, the regulation by sliding surface called "sliding mode control", acronym SMC in Anglo-Saxon terms, of the turbine with variable geometry is more effective in terms of speed and inhibition of non-linear phenomena. Indeed, such a regulation makes it possible to combat physical non-linearities without having to add additional corrections on a case-by-case basis.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de calcul d’une compensation de frottement en fonction de l’erreur, le calcul de la consigne de tension étant fonction de ladite compensation de frottement.Advantageously, the method comprises a step of calculating a friction compensation as a function of the error, the calculation of the voltage setpoint being a function of said friction compensation.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de calibration successive des paramètres d’erreur limite, d’agressivité, du temps de convergence et de la compensation de frottements. Ladite étape de calibration est avantageusement réalisée en amont des étapes de calculs des tensions.According to one embodiment, the method comprises a step of successive calibration of the parameters of limit error, aggressiveness, convergence time and friction compensation. Said calibration step is advantageously carried out upstream of the voltage calculation steps.
Selon un second aspect, l’invention concerne un système de commande de la régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable d’un turbocompresseur d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant un moteur électrique configuré pour commander l’ouverture et la fermeture des ailettes de ladite turbine. Le système de commande comprend:
- un module de calcul d’une erreur en fonction d’une consigne de position angulaire du moteur électrique et d’une valeur mesurée de la position angulaire des ailettes de la turbine;
- un module de calcul d’une surface de glissement de convergence de la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur et d’un paramètre de temps de convergence ;
- un module de calcul d’une tension discontinue en fonction de la valeur de la position angulaire du moteur électrique, de la valeur de la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre physique du moteur ;
- un module de calcul d’une tension équivalente en fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine; et
- un module d’une consigne de tension à transmettre au moteur électrique en fonction des tensions discontinue et équivalente.According to a second aspect, the invention relates to a system for controlling the regulation of the supercharging pressure of a variable geometry turbine of a turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle comprising an electric motor configured to control the opening and closing of the blades of said turbine. The ordering system includes:
- a module for calculating an error as a function of an angular position setpoint of the electric motor and a measured value of the angular position of the blades of the turbine;
- a module for calculating a convergence sliding surface of the angular position of the fins as a function of said error and of a convergence time parameter;
- a module for calculating a discontinuous voltage as a function of the value of the angular position of the electric motor, of the value of the angular position of the blades of the turbine, and of a physical parameter of the motor;
- a module for calculating an equivalent voltage as a function of physical parameters of the motor, of the speed and of the angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine; And
- a module of a voltage setpoint to be transmitted to the electric motor as a function of the discontinuous and equivalent voltages.
Avantageusement, le système comprend un module de calcul d’une compensation de frottement en fonction de l’erreur, le calcul de la consigne de tension étant fonction de ladite compensation de frottement.Advantageously, the system comprises a module for calculating friction compensation as a function of the error, the calculation of the voltage setpoint being a function of said friction compensation.
Selon un mode de réalisation, le système comprend un module de calibration successive des paramètres d’erreur limite, d’agressivité du temps de convergence et de la compensation de frottements.According to one embodiment, the system comprises a module for successive calibration of the parameters of limit error, aggressiveness of the convergence time and of the friction compensation.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant un turbocompresseur comportant une turbine à géométrie variable commandée par un moteur électrique et un système de commande de la régulation de la pression de suralimentation de ladite turbine tel que décrit précédemment.According to another aspect, the invention relates to a motor vehicle internal combustion engine comprising a turbocharger comprising a turbine with variable geometry controlled by an electric motor and a control system for regulating the boost pressure of said turbine as described previously.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne tel que décrit précédemment.According to another aspect, the invention relates to a motor vehicle comprising an internal combustion engine as described above.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d’un moteur à combustion interne 1 d’un véhicule automobile. Cette architecture est donnée à titre d’exemple et ne limite par l’invention à la seule configuration à laquelle peut s’appliquer la commande de la régulation selon l’invention.In Figure 1, there is shown, schematically, the general structure of an internal combustion engine 1 of a motor vehicle. This architecture is given by way of example and does not limit the invention to the sole configuration to which the control of the regulation according to the invention can be applied.
Dans l’exemple illustré, le moteur à combustion interne 1 est du type suralimenté. Il comprend, de manière non limitative, quatre cylindres 2 en ligne, un collecteur d’admission d’air frais 3, un collecteur d’échappement 4 et un système de turbo compression 5.In the example shown, the internal combustion engine 1 is of the supercharged type. It includes, but is not limited to, 2 inline four cylinders, 3 fresh air intake manifold, 4 exhaust manifold and a 5.0 turbocharging system.
Les cylindres 2 sont alimentés en air par l’intermédiaire du collecteur d’admission 3, ou répartiteur d’admission, lui-même alimenté par une conduite 6 pourvue d’un filtre à air 7 et du turbocompresseur 5 de suralimentation du moteur 1 en air.The cylinders 2 are supplied with air via the intake manifold 3, or intake distributor, itself supplied by a pipe 6 provided with an air filter 7 and the turbocharger 5 for supercharging the engine 1 in air.
Le turbocompresseur 5 comporte essentiellement une turbine 8 à géométrie variable, d’acronyme VNT, entraînée par les gaz d’échappement et un compresseur 9 monté sur le même axe que la turbine VNT 8 et assurant une compression de l’air distribué par le filtre à air 7, dans le but d’augmenter la quantité d’air admise (i.e. le débit massique d’air admis) dans les cylindres 2 du moteur 1.The turbocharger 5 essentially comprises a variable geometry turbine 8, acronym VNT, driven by the exhaust gases and a compressor 9 mounted on the same axis as the VNT turbine 8 and providing compression of the air distributed by the filter to air 7, with the aim of increasing the quantity of air admitted (i.e. the mass flow rate of air admitted) into the cylinders 2 of the engine 1.
Un moteur électrique 18 est utilisé pour piloter l’ouverture et la fermeture des ailettes de la turbine à géométrie variable 8.An electric motor 18 is used to drive the opening and closing of the variable geometry turbine blades 8.
Tel qu’illustré, une conduite d’alimentation d’air 10, reliant le compresseur 9 au collecteur d’admission 3, comprend un échangeur 10a afin de réguler le débit du flux d’air entrant dans le collecteur d’admission 3.As illustrated, an air supply line 10, connecting the compressor 9 to the intake manifold 3, comprises an exchanger 10a in order to regulate the flow rate of the air flow entering the intake manifold 3.
En ce qui concerne le collecteur d’échappement 4, celui-ci récupère les gaz d’échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l’extérieur, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement des gaz 11 débouchant sur la turbine 8 du turbocompresseur 5 et par une ligne d’échappement 12 en aval de ladite turbine 8.As regards the exhaust manifold 4, the latter recovers the exhaust gases resulting from combustion and evacuates them to the outside, via a gas exhaust duct 11 leading to the turbine 8 of turbocharger 5 and by an exhaust line 12 downstream of said turbine 8.
En variante, ce conduit d’échappement des gaz 11 pourrait comporter une conduite de contournement de la turbine (non représentée) équipée d’une soupape de décharge (non représentée), de manière à moduler la puissance fournie par les gaz d’échappement à la turbine 8.As a variant, this gas exhaust duct 11 could include a turbine bypass pipe (not shown) equipped with a relief valve (not shown), so as to modulate the power supplied by the exhaust gases at turbine 8.
La ligne d’échappement 12 illustrée sur la figure 1 n’est pas détaillée et pourrait comporter un filtre à particules (non représenté) ainsi qu’un convertisseur catalytique (non représenté), disposé en amont du filtre à particules et assurant notamment une oxydation des molécules réductrices constituées par le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). On pourrait prévoir d’autres systèmes de traitement des gaz d’échappement disposés sur la ligne d’échappement 12.The exhaust line 12 illustrated in FIG. 1 is not detailed and could include a particulate filter (not shown) as well as a catalytic converter (not shown), arranged upstream of the particulate filter and ensuring in particular oxidation reducing molecules made up of carbon monoxide (CO) and unburnt hydrocarbons (HC). Provision could be made for other exhaust gas treatment systems arranged on the exhaust line 12.
Un circuit de recirculation 15 des gaz d’échappement à basse pression, comprenant une partie du circuit d’alimentation 10 du moteur 1 et une partie du circuit d’échappement 11, récupère une partie des gaz d’échappement et les réintroduit dans le collecteur d’admission d’air 3, afin de limiter la quantité d’oxydes d’azote produits par la combustion tout en évitant la formation de fumée dans les gaz d’échappement. Tel qu’illustré, le circuit de recirculation 15 comporte essentiellement un échangeur thermique 16.A low-pressure exhaust gas recirculation circuit 15, comprising a part of the supply circuit 10 of the engine 1 and a part of the exhaust circuit 11, recovers part of the exhaust gases and reintroduces them into the collector. air intake 3, in order to limit the quantity of nitrogen oxides produced by combustion while preventing the formation of smoke in the exhaust gases. As shown, the recirculation circuit 15 essentially comprises a heat exchanger 16.
On pourrait également prévoir un deuxième circuit de recirculation des gaz d’échappement (non représenté), capable de récupérer une partie des gaz d’échappement en aval du filtre à particules et de les réintroduire dans le système de turbo compression 5. Un tel deuxième circuit de recirculation pourrait comporter, de manière non limitative, un filtre, un refroidisseur et une soupape de réglage du flux de gaz d’échappement recirculés refroidis. Les gaz d’échappement recirculés refroidis sont ensuite mélangés à l’air frais admis dans la conduite dans un mélangeur (non représenté).It would also be possible to provide a second exhaust gas recirculation circuit (not shown), capable of recovering part of the exhaust gases downstream of the particulate filter and of reintroducing them into the turbo compression system 5. Such a second recirculation circuit could comprise, in a non-limiting manner, a filter, a cooler and a valve for adjusting the flow of cooled recirculated exhaust gases. The cooled recirculated exhaust gases are then mixed with the fresh air admitted to the line in a mixer (not shown).
Tel qu’illustré, la conduite d’alimentation d’air 10 comprend un volet d’admission 10b afin de réguler le flux d’air admis dans les cylindres 2.As illustrated, the air supply line 10 includes an intake flap 10b in order to regulate the flow of air admitted into the cylinders 2.
Le circuit de recirculation 15 des gaz d’échappement comprend également une vanne 15a, dite vanne EGR (de l’acronyme anglo-saxon pour: «exhaust gas recirculation»), configurée pour réguler le flux d’air recirculé.The exhaust gas recirculation circuit 15 also includes a valve 15a, called an EGR valve (from the English acronym for: “exhaust gas recirculation”), configured to regulate the flow of recirculated air.
Le moteur 1 comprend un capteur (non représenté) de position angulaire θ du moteur électrique 18 de la turbine à géométrie variable 8.The motor 1 comprises a sensor (not shown) of the angular position θ of the electric motor 18 of the variable geometry turbine 8.
Les signaux de sortie du capteur est mis en forme dans une unité de commande électronique 20, «UCE», ou calculateur embarqué.The sensor output signals are formatted in an electronic control unit 20, “UCE”, or on-board computer.
L’unité de commande 20 assure essentiellement le contrôle du fonctionnement du moteur 1, notamment la commande de la régulation de la pression de suralimentation de la turbine à géométrie variable 8.The control unit 20 essentially ensures the control of the operation of the engine 1, in particular the control of the regulation of the supercharging pressure of the variable geometry turbine 8.
A cet effet, l’unité de commande électronique 20 comprend un système 21 de commande de la régulation de la pression de suralimentation de la turbine à géométrie variable 8.To this end, the electronic control unit 20 comprises a control system 21 for regulating the boost pressure of the variable geometry turbine 8.
Le système 21 de commande de la régulation de la pression de suralimentation de la turbine à géométrie variable 8 comprend un module 22 de détermination d’une consigne de commande en tension U du moteur électrique 18 à partir d’une consigne de position angulaire θconsignedu moteur ainsi que d’une valeur mesurée de la position angulaire θailettesdes ailettes.The system 21 for controlling the supercharging pressure of the variable geometry turbine 8 comprises a module 22 for determining a voltage control setpoint U of the electric motor 18 from an angular position setpoint θ setpoint of the engine as well as a measured value of the angular position θ fins of the fins.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le module 22 de détermination d’une consigne de commande en tension U du moteur électrique 18 comprend un module 23 de soustraction entre la consigne de position angulaire θconsignedu moteur et la valeur mesurée de la position angulaire θailettesdes ailettes pour obtenir une erreur e(t) selon l’équation suivante:As illustrated in FIG. 2, the module 22 for determining a voltage control setpoint U of the electric motor 18 comprises a module 23 for subtraction between the angular position setpoint θ setpoint of the motor and the measured value of the position angular θ fins of the fins to obtain an error e(t) according to the following equation:
Avec:With:
θconsigne, la consigne de position angulaire du moteur, exprimée en rad; etθ setpoint , the angular position setpoint of the motor, expressed in rad; And
θailettes, la valeur mesurée de la position angulaire des ailettes, exprimée en rad.θ fins , the measured value of the angular position of the fins, expressed in rad.
Le module 22 de détermination d’une consigne de commande en tension U du moteur électrique 18 comprend en outre un module 24 de calcul d’une surface de glissement S vers laquelle on souhaite faire converger la position angulaire des ailettes.The module 22 for determining a voltage control setpoint U of the electric motor 18 further comprises a module 24 for calculating a sliding surface S towards which it is desired to cause the angular position of the fins to converge.
La surface de glissement S s’écrit selon l’équation suivante:The sliding surface S is written according to the following equation:
Avec:With:
e(t), l’erreur calculée selon l’équation Math1;e(t), the error calculated according to equation Math1;
τ, un nombre réel positif à calibrer.τ, a positive real number to calibrate.
Lorsque la variable à contrôler est positionnée sur cette surface de glissement, c’est-à-dire S = 0, l’erreur e(t) entre la consigne et la position mesurée converge bien vers zéro, selon l’équation suivante:When the variable to be controlled is positioned on this sliding surface, i.e. S = 0, the error e(t) between the setpoint and the measured position does indeed converge to zero, according to the following equation:
Avec:With:
K, une constante réelle dépendant des conditions initiales.K, a real constant depending on the initial conditions.
Afin de faire converger la surface de glissement vers zéro, il est nécessaire de respecter la condition suivante:In order to make the sliding surface converge to zero, it is necessary to observe the following condition:
Pour cela, on définit une forme de la dérivée de la surface de glissement S selon l’équation suivante:For this, we define a form of the derivative of the sliding surface S according to the following equation:
Avec:With:
α et p, des nombres réels positifs à calibrer.α and p, positive real numbers to be calibrated.
Le module 22 de détermination d’une consigne de commande en tension U du moteur électrique 18 comprend en outre un module 25 de calcul d’une consigne en tension U en fonction d’une tension équivalente Ueqcalculée par le module 26 et d’une tension discontinue Udisccalculée par le module 27 selon l’équation suivante:The module 22 for determining a voltage control setpoint U of the electric motor 18 further comprises a module 25 for calculating a voltage setpoint U as a function of an equivalent voltage U eq calculated by the module 26 and of a discontinuous voltage U disc calculated by the module 27 according to the following equation:
La tension équivalente Ueqcalculée par le module 26 est configurée pour maintenir la position angulaire du moteur sur la surface de glissement S.The equivalent voltage U eq calculated by the module 26 is configured to maintain the angular position of the motor on the sliding surface S.
La tension discontinue Udisccalculée par le module 27 est configurée pour assurer la convergence de la position angulaire du moteur vers la surface de glissement S.The discontinuous voltage U disc calculated by the module 27 is configured to ensure the convergence of the angular position of the motor towards the sliding surface S.
Lesdites tensions sont calculées selon les équations suivantes:Said voltages are calculated according to the following equations:
En partant des équations Math 1, Math 2 et Math 5 ci-dessus on obtient la relation suivante:Starting from the equations Math 1, Math 2 and Math 5 above we obtain the following relation:
Or, l’équation électrique du moteur électrique s’écrit selon l’équation suivante:However, the electrical equation of the electric motor is written according to the following equation:
Avec:With:
U, la tension en entrée du moteur électrique 18,U, the input voltage of the electric motor 18,
I, le courant au sein dudit moteur électrique,I, the current within said electric motor,
R, la résistance du moteur à courant continu, exprimée en Ohm et fournie par le constructeur du moteur,R, the resistance of the DC motor, expressed in Ohms and supplied by the motor manufacturer,
L, l’inducteur du moteur à courant continu, exprimée en Henry et fournie par le constructeur du moteur, etL, the DC motor field, expressed in Henry and supplied by the motor manufacturer, and
Ke, une constante de couple électromotrice du moteur électrique, exprimée en V.(rad.s-1)-1, fournie par le constructeur du moteur,K e , an electromotive torque constant of the electric motor, expressed in V.(rad.s -1 ) -1 , provided by the motor manufacturer,
La vitesse de rotation
L’équation mécanique du moteur électrique s’écrit selon l’équation suivante:The mechanical equation of the electric motor is written according to the following equation:
Avec:With:
J, l’inertie du moteur électrique, exprimé en kg.m², fournie par le constructeur du moteur,J, the inertia of the electric motor, expressed in kg.m², provided by the motor manufacturer,
Ki, une constante de couple électromagnétique du moteur électrique, exprimée en N.m.A-1, fournie par le constructeur du moteur,Ki, an electromagnetic torque constant of the electric motor, expressed in NmA -1 , provided by the motor manufacturer,
f, une constante de frottements fluides du moteur électrique, exprimée en N.m.(rad.s-1)-1, fournie par le constructeur du moteur, etf, a fluid friction constant of the electric motor, expressed in Nm(rad.s -1 ) -1 , provided by the motor manufacturer, and
Cext, le couple extérieur appliqué au moteur électrique, considéré comme nul.Cext, the external torque applied to the electric motor, considered to be zero.
L’accélération
Avec:With:
Te, le temps d’échantillonnage du régulateur 21, exprimé en secondes.T e , the sampling time of regulator 21, expressed in seconds.
En combinant les équations Math 8 et Math 10, et en considérant l’inductance L comme nulle, on obtient l’équation suivante:By combining equations Math 8 and Math 10, and considering the inductance L as zero, we obtain the following equation:
La position angulaire du moteur électrique 18 est proportionnelle à la position angulaire des ailettes selon l’équation suivante:The angular position of the electric motor 18 is proportional to the angular position of the fins according to the following equation:
Avec:With:
N, le rapport de réduction du moteur électrique.N, the reduction ratio of the electric motor.
L’équation Math 12 peut donc s’écrire selon l’équation suivante:The Math 12 equation can therefore be written according to the following equation:
On peut ainsi déterminer l’accélération angulaire des ailettes de la turbine selon l’équation suivante:We can thus determine the angular acceleration of the blades of the turbine according to the following equation:
En incorporant l’équation Math 15 dans l’équation Math 7, on obtient les relations suivantes:By incorporating the Math equation 15 into the Math equation 7, we obtain the following relations:
Ainsi, on détermine la tension équivalente Ueqet la tension discontinue Udiscselon les équations suivantes:Thus, the equivalent voltage U eq and the discontinuous voltage U disc are determined according to the following equations:
Avec:With:
Le module 25 de calcul d’une consigne en tension U comprend en outre un module 28 de calcul d’une compensation de frottement Ufrotten fonction de l’erreur e(t), calculée à partir d’une table de correspondance, ainsi qu’un sommateur 29 pour additionner la compensation de frottement, la tension équivalente Ueqet la tension discontinue Udiscafin de détermine la consigne de tension U à transmettre au moteur électrique 18.The module 25 for calculating a voltage setpoint U further comprises a module 28 for calculating a friction compensation U rubt as a function of the error e(t), calculated from a correspondence table, as well as an adder 29 to add the friction compensation, the equivalent voltage U eq and the discontinuous voltage U disc in order to determine the voltage setpoint U to be transmitted to the electric motor 18.
Ainsi, les non-linéarités des tensions équivalente et discontinue munies d’une faible compensation de frottements constante permettent de contrer les non-linéarités du système et de réduire l’écart statique à zéro.Thus, the non-linearities of the equivalent and discontinuous voltages provided with a low constant friction compensation make it possible to counter the non-linearities of the system and to reduce the static deviation to zero.
L’unité de commande électronique 20 comprend en outre un système 30 de calibration du système 21 de commande de la régulation de la pression de suralimentation de la turbine à géométrie variable 8, notamment de quatre paramètres p, τ, Ufrott, et elim . The electronic control unit 20 further comprises a system 30 for calibrating the system 21 for controlling the regulation of the supercharging pressure of the variable-geometry turbine 8, in particular of four parameters p, τ, U frott , and e lim .
Le paramètre elimest choisi tel que Udisc= 100 pour e= elim et
Le paramètre p est tel que 0<p<1. Ce paramètre permet de déterminer l’agressivité de la commande à partir de la fonction puissance. Plus ce paramètre est proche de zéro, plus la commande est agressive, mais perd en robustesse.The parameter p is such that 0<p<1. This parameter is used to determine the aggressiveness of the command from the power function. The closer this parameter is to zero, the more aggressive the command, but loses robustness.
Le paramètre τ est tel que 0< τ. Ce paramètre défini l’expression de la surface de glissement S à partir d’un coefficient de dimension temporelle. Ce paramètre permet de déterminer le temps de convergence de l’erreur lorsque la position du moteur est sur la surface du glissement.The parameter τ is such that 0< τ. This parameter defines the expression of the sliding surface S from a temporal dimension coefficient. This parameter is used to determine the convergence time of the error when the position of the motor is on the slip surface.
Le paramètre Ufrottest tel que 0< Ufrott.Ce paramètre permet de combattre les non-linéarités et d’avoir un écart statique nul.The U friction parameter is such that 0< U friction. This parameter makes it possible to combat non-linearities and to have a zero static deviation.
A partir de ces paramètres, on en déduit:From these parameters, we deduce:
Ainsi, grâce au système 30 de calibration du système de régulation 22, la calibration est simple et permet de réduire un temps de calibration car une partie des calibrations est issue de données physiques du moteur.Thus, thanks to the system 30 for calibrating the regulation system 22, the calibration is simple and makes it possible to reduce a calibration time because part of the calibrations comes from physical data of the engine.
L’organigramme représenté sur la figure 3 illustre un exemple d’un procédé 40 de commande de la régulation de la pression de suralimentation de la turbine à géométrie variable 8 mis en œuvre dans le système 21 de commande de la figure 1.The flowchart represented in FIG. 3 illustrates an example of a method 40 for controlling the regulation of the supercharging pressure of the variable-geometry turbine 8 implemented in the control system 21 of FIG. 1.
Le procédé 40 comprend une étape 41 de calcul d’une erreur e(t) en fonction d’une consigne de position angulaire θconsignedu moteur électrique et d’une valeur mesurée de la position angulaire θailettesdes ailettes selon l’équation Math 1 ci-dessus.The method 40 comprises a step 41 of calculating an error e(t) as a function of an angular position setpoint θ setpoint of the electric motor and a measured value of the angular position θ of the fins of the fins according to the equation Math 1 above.
Le procédé 40 comprend en outre une étape 42 de calcul d’une surface de glissement S vers laquelle on souhaite faire converger la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur e(t) et d’un paramètre de temps de convergence τ, selon l’équation Math 2 ci-dessus, et une étape 43 de calcul d’une tension discontinue Udiscen fonction de la valeur θconsignede la position angulaire du moteur électrique, de la valeur θailettesde la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre γ.The method 40 further comprises a step 42 of calculating a sliding surface S towards which it is desired to cause the angular position of the fins to converge as a function of said error e(t) and of a convergence time parameter τ, according to the equation Math 2 above, and a step 43 of calculating a discontinuous voltage U disc as a function of the value θ setpoint of the angular position of the electric motor, of the value θ fins of the angular position of the fins of the turbine, and a parameter γ.
Le procédé 40 comprend en outre une étape 44 de calcul d’une tension équivalente Ueqen fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine.The method 40 further comprises a step 44 of calculating an equivalent voltage U eq as a function of physical parameters of the motor, of the speed and of the angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine.
Les tensions discontinue Udiscet équivalente Ueqsont calculées selon les équations Math 6 à Math 19 ci-dessus.The discontinuous voltages U disc and equivalent U eq are calculated according to equations Math 6 to Math 19 above.
Le procédé 40 comprend en outre une étape 45 de calcul d’une compensation de frottement Ufrotten fonction de l’erreur e(t) et une étape 46 de sommation de la compensation de frottements Ufrott, de la tension équivalente Ueqet de la tension discontinue Udiscafin de déterminer la consigne de tension U à transmettre au moteur électrique 18.The method 40 further comprises a step 45 of calculating a friction compensation U frott as a function of the error e(t) and a step 46 of summing the friction compensation U frott , the equivalent tension U eq and of the discontinuous voltage U disc in order to determine the voltage setpoint U to be transmitted to the electric motor 18.
Le procédé 40 comprend en outre une étape 47 de calibration successive des paramètres d’erreur limite elim, d’agressivité p, du temps de convergence τ et de la compensation de frottements Ufrott.Cette étape 47 de calibration est réalisée en amont des étapes de calculs 42 à 45.The method 40 further comprises a step 47 of successive calibration of the parameters of limit error e lim , of aggressiveness p, of the convergence time τ and of the friction compensation U frott. This calibration step 47 is carried out upstream of the calculation steps 42 to 45.
Ainsi, grâce à l’invention, la régulation de la pression de suralimentation d’une turbine à géométrie variable est plus efficace en termes de rapidité et d’inhibition des phénomènes non-linéaires.Thus, thanks to the invention, the regulation of the boost pressure of a turbine with variable geometry is more effective in terms of speed and inhibition of non-linear phenomena.
Claims (8)
- une étape (41) de calcul d’une erreur (e(t)) en fonction d’une consigne de position angulaire (θconsigne) du moteur électrique (18) et d’une valeur mesurée de la position angulaire (θailettes) des ailettes de la turbine (8);
- une étape (42) de calcul d’une surface de glissement (S) de convergence de la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur (e(t)) et d’un paramètre de temps de convergence (τ);
- une étape (43) de calcul d’une tension discontinue (Udisc) en fonction de la valeur (θconsigne) de la position angulaire du moteur électrique, de la valeur (θailettes) de la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre (γ);
- une étape (44) de calcul d’une tension équivalente (Ueq) en fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine; et
- une étape (46) d’une consigne de tension (U) à transmettre au moteur électrique (18) en fonction des tensions discontinue (Udisc) et équivalente (Ueq).Method (40) for controlling the boost pressure regulation of a variable geometry turbine (8) of a turbocharger (5) of a motor vehicle engine (1) comprising an electric motor (18) configured to controlling the opening and closing of the blades of said turbine (8), comprising:
- a step (41) for calculating an error (e(t)) as a function of an angular position setpoint (θ setpoint ) of the electric motor (18) and a measured value of the angular position (θ fins ) turbine blades (8);
- a step (42) of calculating a sliding surface (S) of convergence of the angular position of the fins as a function of said error (e(t)) and of a convergence time parameter (τ);
- a step (43) for calculating a discontinuous voltage (U disc ) as a function of the value (θ setpoint ) of the angular position of the electric motor, of the value (θ fins ) of the angular position of the fins of the turbine , and a parameter (γ);
- a step (44) of calculating an equivalent voltage (U eq ) as a function of physical parameters of the motor, of the speed and of the angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine; And
- a step (46) of a voltage setpoint (U) to be transmitted to the electric motor (18) as a function of the discontinuous (U disc ) and equivalent (U eq ) voltages.
- un module (23) de calcul d’une erreur (e(t)) en fonction d’une consigne de position angulaire (θconsigne) du moteur électrique (18) et d’une valeur mesurée de la position angulaire (θailettes) des ailettes de la turbine (8);
- un module (24) de calcul d’une surface de glissement (S) de convergence de la position angulaire des ailettes en fonction de ladite erreur (e(t)) et d’un paramètre de temps de convergence (τ);
- un module (27) de calcul d’une tension discontinue (Udisc) en fonction de la valeur (θconsigne) de la position angulaire du moteur électrique, de la valeur (θailettes) de la position angulaire des ailettes de la turbine, et d’un paramètre (γ);
- un module (26) de calcul d’une tension équivalente (Ueq) en fonction de paramètres physiques du moteur, de la vitesse et des accélérations angulaires du moteur électrique et des ailettes de la turbine; et
- un module (29) d’une consigne de tension (U) à transmettre au moteur électrique (18) en fonction des tensions discontinue (Udisc) et équivalente (Ueq).System (21) for controlling the supercharging pressure of a variable geometry turbine (8) of a turbocharger (5) of a motor vehicle engine (1) comprising an electric motor (18) configured to controlling the opening and closing of the blades of said turbine (8), comprising:
- a module (23) for calculating an error (e(t)) as a function of an angular position setpoint (θ setpoint ) of the electric motor (18) and a measured value of the angular position (θ fins ) turbine blades (8);
- a module (24) for calculating a sliding surface (S) of convergence of the angular position of the fins as a function of said error (e(t)) and of a convergence time parameter (τ);
- a module (27) for calculating a discontinuous voltage (U disc ) as a function of the value (θ setpoint ) of the angular position of the electric motor, of the value (θ fins ) of the angular position of the fins of the turbine , and a parameter (γ);
- a module (26) for calculating an equivalent voltage (U eq ) as a function of physical parameters of the motor, of the speed and of the angular accelerations of the electric motor and of the blades of the turbine; And
- a module (29) of a voltage setpoint (U) to be transmitted to the electric motor (18) as a function of the discontinuous (U disc ) and equivalent (U eq ) voltages.
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