FR3107083A1 - Procédé de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames - Google Patents

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Abstract

Procédé de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames d’un véhicule automobile (1) comprenant une machine thermique et un vilebrequin, caractérisé en ce qu’il comporte : - une acquisition de l’angle de décalage de l’arbre à cames (EM), d’un premier signal de consigne de l’angle de décalage dudit arbre (V1) et d’au moins deux grandeurs physiques (T1, P1) relatives à la machine thermique ; - une génération d’un deuxième signal de consigne d’angle de décalage de l’arbre à cames (V2) à partir desdites acquisitions et, - un asservissement de l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré (V1) sur le deuxième signal de consigne d’angle de décalage (V2). Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Procédé de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames
La présente invention concerne les véhicules automobiles, et se rapporte plus particulièrement au contrôle des machines thermiques.
L’arbre à cames, également appelé arbre de distribution, permet de réguler l’ouverture et la fermeture des soupapes d’admission et d’échappement dans un véhicule automobile comprenant une machine thermique.
Pour optimiser le rendement de la machine thermique, il est avantageux d’ouvrir et de fermer les soupapes d’admission et d’échappement à un instant précis du cycle moteur.
Or, comme il est impossible d’ouvrir et de fermer instantanément un mécanisme quel qu’il soit, du fait de l’inertie des pièces en mouvement, ce délai de latence correspond à un angle que fait le point d’ouverture ou de fermeture de la soupape, repéré sur le plan de rotation du vilebrequin.
Autrement dit, il s’agit du positionnement relatif entre l’arbre à cames et le vilebrequin, qu’on nommera angle de décalage de l’arbre à cames.
Cet angle varie suivant les conditions de fonctionnement de la machine thermique. On peut citer non limitativement le régime moteur, la charge et la température.
Pour contrôler l’angle de décalage, on utilise le système de calage variable des soupapes (VVT pour «Variable Valve Lift» en anglais).
Ce système est généralement piloté par une électrovanne, alimentée par de l’huile moteur sous pression.
L’électrovanne dispose d’une ouverture variable qui permet à l’arbre à cames d’être décalé d’un angle variable.
Elle est généralement commandée par un signal de consigne obtenu par modulation de largeur d’impulsion PWM (pour «Pulse Width Modulation» selon le vocable anglosaxon) envoyé par un calculateur embarqué, par exemple une unité de commande électronique.
Il s’agit donc particulièrement de réguler la tension du signal de consigne en fonction des paramètres de fonctionnement de la machine thermique.
Une première solution décrite dans la demande de brevet US5937806A consiste à contrôler l’angle de décalage de l’arbre à cames en fonction du régime moteur qui est proportionnel à la vitesse de rotation du vilebrequin.
Une deuxième solution, décrite dans la demande de brevet US20090145384A1, est d’utiliser la température de l’huile moteur ainsi que la tension d’une source d’énergie comme une batterie par exemple, pour réguler l’angle de décalage.
Or, ces deux solutions ne sont pas adaptées pour contrôler l’angle de décalage lorsque la pression de l’huile est pilotée indépendamment du régime de la machine thermique.
Plus particulièrement, tout système comprenant une pompe à cylindrée variable qui agit directement sur la pression de l’huile, influe par conséquent sur la vitesse de rotation du vilebrequin.
La tension du signal de consigne peut donc être approximative, voire erronée, ce qui peut avoir des conséquences sur le rendement de la machine thermique.
De plus, les calculs nécessaires pour mettre en œuvre ces deux stratégies de contrôle sont réalisés en temps réel, ce qui nécessite un effort important de calibration instantanée. Cela peut causer des désynchronisations et/ou des dysfonctionnements.
L’enjeu est donc de réussir à calculer un signal de consigne fiable afin de réguler l’angle de décalage de l’arbre à cames et optimiser le rendement de la machine thermique.
Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un procédé de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames d’un véhicule automobile comprenant une machine thermique et un vilebrequin.
Le procédé comprend:
- une acquisition de l’angle de décalage de l’arbre à cames, d’un premier signal de consigne de l’angle de décalage et d’au moins deux grandeurs physiques relatives à la machine thermique;
- une génération d’un deuxième signal de consigne d’angle de décalage de l’arbre à cames à partir desdites acquisitions et,
- un asservissement de l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré sur le deuxième signal de consigne d’angle de décalage.
Il est à noter que le premier signal de consigne d’angle de décalage acquis est sous la forme de degrés par seconde alors que le deuxième signal de consigne d’angle de décalage est sous la forme d’un signal obtenu par modulation de largeur d’impulsion qui permet de définir, par sa tension, un angle de décalage donné.
Le deuxième signal de consigne d’angle de décalage est ici envoyé à un actionneur, par exemple une électrovanne.
Avantageusement, lesdites au moins deux grandeurs physiques comprennent la température et la pression de l’huile moteur.
Comme la pression de l’huile moteur influe sur la vitesse de rotation du vilebrequin, la prise en compte de ce paramètre permet de coordonner le superviseur de pression de l’huile moteur, une pompe à cylindrée variable par exemple,et le signal de consigne d’angle de décalage à délivrer à l’électrovanne.
Par ailleurs, lorsque le moteur est froid, la viscosité de l’huile augmente, ce qui devient problématique pour acheminer l’huile à un déphaseur de l’arbre à cames. Une constante de temps est donc à ajouter audit délai de latence une fois que la température est en-dessous d’une valeur seuil.
La valeur seuil peut être comprise entre 0 et 1 s.
Préférentiellement, le procédé comprend un calcul de la vitesse maximale de rotation du vilebrequin, et une génération d’un premier signal correctif apte à ajuster le deuxième signal de consigne.
Par «vitesse maximale» on entend une vitesse de saturation en retard ou en avance qu’on peut atteindre en prenant en compte les conditions de fonctionnement de la machine thermique, et cela pour se rapprocher au mieux de la valeur du premier signal de consigne de l’angle de décalage.
Il est à noter que la vitesse maximale est obtenue par extraction sur une courbe mémorisée et choisie en fonction des desdites au moins deux grandeurs physiques.
La courbe relie la vitesse de rotation du vilebrequin et la tension à appliquer à l’actionneur.
Par «premier signal correctif» on entend un signal obtenu par modulation de largeur d’impulsion, nécessaire pour atteindre la vitesse maximale calculée.
Afin d’obtenir la valeur du premier signal correctif, on inverse ladite courbe pour en extraire sa valeur.
Il est à noter que lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin est nulle, le deuxième signal de consigne aura pour valeur, selon le sens de rotation du vilebrequin, la limite minimale ou maximale de la zone morte identifiée par la caractéristique vitesse.
Cela permet donc de s’affranchir des non linéarités relatives au contrôle de l’angle de décalage.
Bien entendu, la zone morte désigne ici un intervalle où le deuxième signal de consigne délivré modifie légèrement, voire nullement l’angle de décalage de l’arbre à cames.
A titre d’exemple, la limite minimale ou maximale peut être comprise entre 0,39 A et 0,51 A.
De préférence, on détermine un angle de décalage de référence à partir de la vitesse maximale, l’asservissement de l’angle de décalage de l’arbre à cames comprenant un calcul de la différence entre l’angle de décalage mesuré et l’angle de décalage de référence et une génération d’un deuxième signal correctif apte à ajuster le deuxième signal de consigne.
Le deuxième signal correctif est un signal obtenu par modulation de largeur d’impulsion.
L’utilisation du premier et du deuxième signal correctif permet d’avoir un double ajustement du deuxième signal de consigne et limiter les oscillations du signal de consigne.
Avantageusement, on filtre le deuxième signal correctif.
Le filtrage permet, en ajoutant une action proportionnelle intégrale, d’apporter une meilleure stabilité au deuxième signal de consigne.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames d’un véhicule automobile comprenant une machine thermique et un vilebrequin, comprenant:
- des moyens d’acquisition aptes à acquérir au moins deux grandeurs physiques relatives à la machine thermique, l’angle de décalage de l’arbre à cames, un premier signal de consigne de l’angle de décalage de l’arbre à cameset,
- des moyens de calcul aptes à générer un deuxième signal de consigne d’angle de décalage de l’arbre à cames à partir desdites acquisitions, et à asservir l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré sur ledit deuxième signal de consigne d’angle de décalage.
Avantageusement, lesdites au moins deux grandeurs physiques comprennent la température et la pression de l’huile moteur.
Préférentiellement, les moyens de calcul sont aptes à calculer la vitesse maximale de rotation du vilebrequin, et à générer un premier signal correctif apte à ajuster le deuxième signal de consigne.
De préférence, les moyens de calcul sont aptes à déterminer un angle de décalage de référence à partir de la vitesse maximale, déterminer la différence entre l’angle de décalage mesuré et l’angle de décalage de référence, et à générer un deuxième signal correctif apte à ajuster le deuxième signal de consigne.
Avantageusement, les moyens de calcul comprennent un correcteur proportionnel intégral apte à recevoir la valeur de la différence calculée, et à délivrer en sortie ledit deuxième signal correctif.
L’invention a encore pour objet un véhicule automobile comprenant un arbre à cames et un dispositif de contrôle d’un angle de décalage dudit arbre tel que défini ci-dessus.
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 indexés sur lesquels:
illustre de manière schématique une configuration des modules d’un dispositif de contrôle de l’angle de décalage d’un arbre à cames selon un mode de réalisation de l’invention;
représente un synoptique d’un procédé de contrôle de l’angle de décalage de l’arbre à cames selon un mode de mise en œuvre de l’invention et,
illustre une courbe de l’évolution de la vitesse de rotation d’un vilebrequin relié à l’arbre à cames en fonction de la tension à délivrer à une électrovanne.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif de contrôle d’un angle de décalage 2 d’un arbre à cames AC d’un véhicule automobile 1 comprenant une machine thermique et un vilebrequin (non représentés sur la figure).
Le dispositif de contrôle 2 est apte à délivrer un signal de consigne à un actionneur 3 afin de réguler l’angle de décalage de l’arbre à cames et optimiser le rendement de la machine thermique.
Par actionneur, on entend tout dispositif disposant d’une ouverture variable commandée par un signal obtenu par modulation de largeur d’impulsion.
Pour ce faire, le dispositif de contrôle 2 comprend des moyens d’acquisition MQ et des moyens de calcul MC.
Les moyens d’acquisition MQ sont aptes à acquérir des données relatives à la machine thermique et des composants nécessaires à son fonctionnement.
Plus particulièrement, les moyens d’acquisition MQ comprennent un premier module d’acquisition MQ1 apte à acquérir ici un premier signal de consigne d’angle de décalage V1 de l’arbre à cames et deux grandeurs physiques, la température T1 et la pression de l’huile moteur P1.
Un deuxième module d’acquisition MQ2 est apte à mesurer l’angle de décalage de l’arbre à cames EM.
Ces données acquises sont délivrées aux moyens de calcul MC qui comprennent six modules de calcul MC1 à MC6 et un correcteur proportionnel intégral PI.
Les moyens de calcul MC peuvent être sous la forme d’une unité de commande électronique.
Le premier module de calcul MC1 est apte à recevoir l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré EM et le premier signal de consigne de l’angle de décalage V1.
Il a pour but de calculer la différence entre les deux signaux et délivrer un signal E1.
Quant au deuxième module de calcul MC2, il est apte à recevoir non limitativement le signal E1, T1 et P1, et cela pour extraire la vitesse maximale de rotation du vilebrequin en avance ou en retard à partir d’une courbe construite en amont, reliant la vitesse de rotation du vilebrequin et la tension à appliquer à l’électrovanne 3.
Il est également apte à générer en conséquence un signal E2 dont la tension est représentative de la vitesse maximale calculée.
Le signal E2 est délivré au troisième module de calcul MC3 apte à inverser la courbe et à en extraire la tension correspondant à la vitesse maximale calculée. Cette tension correspond à celle d’un premier signal correctif E3.
Le signal E3 est également délivré au quatrième module de calcul MC4 configuré pour calculer un angle de décalage de référence E4 à partir de la vitesse maximale calculée.
Le cinquième module de calcul MC5 est apte à recevoir en entrée l’angle de décalage de référence E4 et l’angle de décalage mesuré EM pour calculer la différence entre ces deux angles de décalage, et délivrer un signal E5 au correcteur proportionnel intégral PI de configuration classique. Il délivre en sortie un deuxième signal correctif E6.
Bien entendu, il est possible de rajouter une action dérivée au correcteur proportionnel intégral PI.
Quant au sixième module de calcul MC6, il est apte à recevoir le premier signal correctif E3, le deuxième signal correctif E6, et générer, par addition de ces deux signaux correctifs, un deuxième signal de consigne d’angle de décalage V2, délivré à l’électrovanne 3.
On se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 2 qui représente un synoptique du procédé de contrôle de l’angle de décalage de l’arbre à cames mis en œuvre par ledit dispositif 2.
Dans la première étape S1, on active les moyens d’acquisition MQ et plus particulièrement les deux modules d’acquisition MQ1 et MQ2.
Ainsi, dans l’étape S11, le module d’acquisition MQ1 reçoit la température T1 et la pression de l’huile moteur P1, et dans l’étape S12, le premier signal de consigne de l’angle de décalage V1 de l’arbre à cames.
Simultanément, à l’étape S13, le module d’acquisition MQ2 mesure l’angle de décalage de l’arbre à cames EM.
Une fois ces données acquises, le premier module de calcul MC1 calcule la différence entre les signaux EM et V1 et génère le signal E1 à l’étape S2.
Le signal E1 est ensuite délivré dans l’étape S3 au deuxième module de calcul MC2 qui construit choisit une courbe en fonction des paramètres T1 et P1 et en extrait la vitesse maximale E2.
Ainsi, en déterminant ladite vitesse maximale, on tient compte des limites de fonctionnement de la machine thermique quel que soit le premier signal de consigne.
L’obtention de la vitesse maximale permet au quatrième module de calcul MC4 de calculer la position de référence E4 à l’étape S41 et au troisième module de calcul MC3 de générer le premier signal correctif E3 à l’étape S42.
L’étape S41 est suivie par l’étape S411 dans laquelle le cinquième module de calcul MC5 génère le signal E5 représentatif de la différence entre l’angle de décalage de référence E4 et l’angle de décalage mesuré SM.
Le signal E5 est ensuite délivré au correcteur proportionnel intégral PI à l’étape S412 pour générer le deuxième signal correctif E6 filtré.
Une fois les deux signaux correctifs E3 et E6 obtenus, on passe à l’étape S5 dans laquelle le sixième module de calcul MC6 génère le deuxième signal de consigne V2, ce qui permet d’asservir le premier signal de consigne V1 sur le deuxième signal de consigne V2 en délivrant ce dernier à l’électrovanne 3 dans l’étape S6.
La figure 3 représente la courbe d’évolution de la vitesse V de rotation du vilebrequin, en degrés par seconde, en fonction de la tension à délivrer à l’électrovanne 3, exprimée en pourcentage. Il s’agit ici du deuxième signal de consigne V2.
La courbe est ici décomposée en cinq zones Z1 à Z5.
La première zone Z1 est une zone de saturation en retard où la vitesse de rotation du vilebrequin n’évolue plus.
La deuxième zone Z2 représente également une zone de saturation en avance.
La troisième et la quatrième zone Z3 et Z4 sont des zones linéaires où la vitesse est proportionnelle à la tension du deuxième signal de consigne V2.
La cinquième zone Z5, délimitée par les valeurs d_min et d_max sur l’axe des abscisses, désigne un intervalle où le deuxième signal de consigne V2 délivré, modifie légèrement, voire nullement l’angle de décalage de l’arbre à cames.
Il est à noter que la linéarité de la troisième zone Z3 s’exprime via l’équation suivante:
où K1 est un coefficient de linéarité.
Quant à la zone Z4, son équation est la suivante:
où K2 est un coefficient de linéarité.
Les facteurs de linéarité K1 et K2 des équations des zones Z3 et Z4 sont différents.
Ainsi, en utilisant cette courbe, on identifie les zones de non linéarité que peut présenter le contrôle de l’angle de décalage, pour s’en affranchir.
Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Elle peut être élargie aux différents systèmes hydrauliques de contrôle de position.

Claims (11)

  1. Procédé de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames d’un véhicule automobile (1) comprenant une machine thermique et un vilebrequin, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - une acquisition de l’angle de décalage de l’arbre à cames (EM), d’un premier signal de consigne de l’angle de décalage dudit arbre (V1) et d’au moins deux grandeurs physiques (T1, P1) relatives à la machine thermique;
    - une génération d’un deuxième signal de consigne d’angle de décalage de l’arbre à cames (V2) à partir desdites acquisitions et,
    - un asservissement de l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré (V1) sur le deuxième signal de consigne d’angle de décalage (V2).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites au moins deux grandeurs physiques comprennent la température (T1) et la pression de l’huile moteur (P1).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le procédé comprend un calcul de la vitesse maximale de rotation du vilebrequin (E2), et une génération d’un premier signal correctif (E3) apte à ajuster le deuxième signal de consigne (V2).
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on détermine un angle de décalage de référence (E4) à partir de la vitesse maximale (E2), l’asservissement de l’angle de décalage de l’arbre à cames comprenant un calcul de la différence (S411) entre l’angle de décalage mesuré (EM) et l’angle de décalage de référence (E4) et une génération d’un deuxième signal correctif (E6) apte à ajuster le deuxième signal de consigne (V2).
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on filtre le deuxième signal correctif (E6).
  6. Dispositif de contrôle d’un angle de décalage d’un arbre à cames (2) d’un véhicule automobile (1) comprenant une machine thermique et un vilebrequin, caractérisé en ce qu’il comporte:
    - des moyens d’acquisition (MQ) aptes à acquérir au moins deux grandeurs physiques (T1, P1) relatives à la machine thermique,l’angle de décalage de l’arbre à cames (EM), un premier signal de consigne de l’angle de décalage de l’arbre à cames (V1) et,
    - des moyens de calcul (MC) aptes à générer un deuxième signal de consigne d’angle de décalage de l’arbre à cames (V2) à partir desdites acquisitions et à asservir l’angle de décalage de l’arbre à cames mesuré (EM) sur le deuxième signal de consigne d’angle de décalage (V2).
  7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel lesdites au moins deux grandeurs physiques comprennent la température (T1) et la pression de l’huile moteur (P1).
  8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les moyens de calcul (MC) sont aptes à calculer la vitesse maximale de rotation du vilebrequin (E2), et à générer un premier signal correctif (E3) apte à ajuster le deuxième signal de consigne (V2).
  9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens de calcul (MC) sont aptes à déterminer un angle de décalage de référence (E4) à partir de la vitesse maximale (E2), à déterminer la différence entre l’angle de décalage mesuré (EM) et l’angle de décalage de référence (E4), et à générer un deuxième signal correctif (E6) apte à ajuster le deuxième signal de consigne (V2).
  10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de calcul (MC) comprennent un correcteur proportionnel intégral (PI) apte à recevoir la valeur de la différence calculée (E5), et à délivrer en sortie ledit deuxième signal correctif (E6).
  11. Véhicule automobile (1) comprenant un arbre à cames et un dispositif de contrôle d’un angle de décalage dudit arbre (2) selon l’une quelconque des revendications 6 à 10.
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