FR3052206A1 - Calibration d'un estimateur thermique embarque pour embrayage - Google Patents

Abstract

Procédé de calibration d'un modèle de températures et d'échanges thermiques d'un système d'embrayage de véhicule automobile à moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de définition (110, 120) des critères de calibration, des paramètres du modèle à faire varier et les intervalles dans lesquels les paramètres peuvent varier, puis une étape d'acquisition (100) de données physiques au cours d'une situation de fonctionnement d'un exemplaire du système d'embrayage, puis une étape de détermination (170) de valeurs optimisées des paramètres du modèle jusqu'à la satisfaction (180) des critères de calibration.

Description

"CALIBRATION D’UN ESTIMATEUR THERMIQUE EMBARQUE POUR EMBRAYAGE" [0001] L’invention s’inscrit dans le domaine des groupes moto-propulseur de véhicule automobile, notamment dans le domaine du système de transmission et couplage. Elle s’intéresse aux problématiques de thermique et à l’optimisation des systèmes en ce domaine, pour les véhicules à moteur thermique.

[0002] L’embrayage est un système mécanique situé dans le sous capot des véhicules et plus particulièrement entre le moteur et la boîte de vitesses, que celle-ci soit mécanique ou pilotée. L’embrayage est relié à la pédale de débrayage via les commandes de débrayage.

[0003] Le système d’embrayage est généralement composé d’un volant simple ou d’un double volant amortisseur DVA (constitué d’un volant primaire et d’un volant secondaire), d’un disque de friction, d’un mécanisme composé d’un plateau de pression associé à un couvercle et un diaphragme, et d’un carter d’embrayage.

[0004] Les principales fonctions de l’embrayage sont la transmission du couple, la capacité thermique ou capacité à évacuer la chaleur générée par le moteur thermique, la filtration des vibrations acycliques générés par le moteur thermique, l’accouplement et le désaccouplement de la boîte de vitesses vis-à-vis du moteur, le rôle de fusible entre ces deux élément, et la souplesse d’utilisation pour le confort du client.

[0005] L’embrayage permet également le passage des rapports de vitesses et l’immobilisation du véhicule sans couper le moteur.

[0006] Le couple moteur est tout d’abord transmis au volant moteur (volant simple ou DVA) via le vilebrequin grâce à son mouvement de rotation, puis au disque de friction et enfin à l’arbre primaire de boîte de vitesses.

[0007] Dans certaines situations de vie, l’augmentation de la température des pièces de friction de l’embrayage (plateau de pression, volant moteur et disque de friction) peut dépasser la capacité thermique maximale de l’embrayage, c'est-à-dire la température à partir de laquelle il y a une dégradation de la prestation de transmission du couple, voire la détérioration de certains composants. Cela peut même mener, dans certains cas à la casse de ces derniers.

[0008] Au cours d’une montée en température d’un embrayage durant un essai véhicule de type « Suivi de File » (simulation d’embouteillage de grande ville), on constate que la température de certains composants avoisine parfois les 400°C. Le système est donc proche du dysfonctionnement, voire même de la rupture. Le plateau de pression est particulièrement chaud, mais aussi le volant moteur, ainsi que l’air à l’intérieur du carter d’embrayage.

[0009] Pour réduire les risques d’incidents liés à ce problème thermomécanique, il est appliqué une stratégie d’activation de protections thermiques des composants de l’embrayage, en fonction des conditions de fonctionnement et de la température du plateau de pression de l’embrayage.

[0010] FR2974868 décrit le dispositif de protection thermique d’un organe de couplage, à la base de la présente invention, que l’on peut considérer comme une extension de la première.

[0011] FR2878619 décrit un procédé d’estimation de la température des disques dans un embrayage humide. Les équations de calcul sont recalées à l’aide de la température mesurée de l’huile en sortie de carter, par une méthode de filtre de Kalman.

[0012] Les protections permettant de réduire la température d’environnement de l’espace sous le capot ainsi que celles des composants de l’embrayage sont les suivantes : activation du groupe moto-ventilateur, réduction des flux d’énergie entrant par régulation de l’accélération, et affichage d’un message d’alerte ou d’information demandant au conducteur d’adapter sa conduite.

[0013] La température du plateau de pression ne pouvant être mesurée directement sur les véhicules en raison du coût et de la complexité de leur mise en oeuvre de capteurs thermocouples en série, celle-ci peut être estimée par un modèle numérique compilé et embarqué dans le calculateur du contrôle moteur.

[0014] Or le besoin d’exécution en temps réel du modèle ainsi que l’espace mémoire limité sur le calculateur imposent une simplification de la modélisation par rapport à une modélisation complète de la thermique de l’embrayage. Ceci impose de traiter les coefficients de convection comme des paramètres d’ajustement pour garantir la bonne corrélation du modèle.

[0015] La figure 1 est une illustration schématique de ce modèle thermique de système de couplage. Le moteur thermique 10 communique avec le carter de l’embrayage 20 et le volant 30, ainsi qu’avec l’air intérieur 40. Le carter 20 communique aussi avec l’air intérieur 40 et la boîte de vitesses 60, ainsi qu’avec l’air extérieur 70. Le volant 30 communique avec l’air intérieur 40 et le plateau 50. L’air intérieur 40 communique aussi avec le plateau 50 et la boîte de vitesses 60. La boîte de vitesses 60 communique enfin également avec l’air extérieur 70.

[0016] On cherche donc à répondre à la problématique de calibration du modèle numérique de comportement thermique de l’embrayage pour chacune des configurations de groupe motopropulseur et véhicule souhaitées.

[0017] La recherche du gain de C02 passe, entre autres, par l’allongement des rapports de boîte de vitesses (V1000, ou vitesse horaire de progression de ce véhicule pour un régime de rotation du moteur de 1000 t/mn). Ces allongements de rapports ont pour conséquence d’augmenter les temps de patinage et donc les températures atteintes sur le système de couplage. L’allongement de ces rapports conduit donc à une plus grande sollicitation du système de couplage.

[0018] L’ajout d’un estimateur thermique correctement calibré et répondant en temps réel permet de refroidir l’air du carter d’embrayage.

[0019] Concernant la calibration de l’estimateur thermique, la création d’une méthodologie d’optimisation numérique pour la calibration permet d’obtenir des gains en productivité, notamment des gains par rapport à la méthodologie manuelle et des gains en matière de robustesse de la conception. On comprend que le besoin est important.

[0020] Un document faisant état d’une méthodologie de calibration porte le numéro WO2013131836. Néanmoins, aucune méthodologie relative à la calibration automatique d’estimateur thermique n’a été identifiée.

[0021] L’invention aborde le problème de la multiplication des calibrations nécessaire pour un estimateur thermique intégré au logiciel du véhicule et des erreurs associées.

[0022] L’invention est une méthodologie de calibration d’un modèle estimateur thermique, à l’aide de plans d’expériences pour surfaces de réponse. Cette méthodologie permet de déterminer les valeurs optimales des paramètres de recalage de l’estimateur thermique, afin de minimiser les écarts sur plusieurs profils de mission entre le signal temporel d’une température calculée par l’estimateur et le signal temporel souhaité pour une température mesurée sur un moyen d’essai physique.

[0023] L’invention consiste ainsi en un procédé de calibration d’un modèle de températures et d’échanges thermiques d’un système d’embrayage de véhicule automobile à moteur thermique, comprenant une étape de définition des critères de calibration, des paramètres du modèle à faire varier et les intervalles dans lesquels les paramètres peuvent varier, puis une étape d’acquisition de données physiques au cours d’une situation de fonctionnement d’un exemplaire du système d’embrayage, puis une étape de détermination de valeurs optimisées des paramètres du modèle jusqu’à la satisfaction des critères de calibration.

[0024] Le procédé peut comprendre de plus l’utilisation de plusieurs métamodèles d’écarts de températures entre simulation et acquisition.

[0025] Le procédé peut comprendre de plus l’utilisation de plusieurs plans d’expériences.

[0026] L’étape d’acquisition de données physiques peut être faite à l’aide d’au moins un capteur qui a été mis en place sur le véhicule, et l’étape de détermination de valeurs optimisées est faite sur le véhicule au cours de l’utilisation du véhicule à l’aide d’un calculateur embarqué dans lequel la méthodologie de recalage a été préalablement implantée.

[0027] L’étape de détermination de valeurs optimisées est faite en bureau d’étude à l’aide d’outils spécialisés. Une variante consiste néanmoins à déterminer ces valeurs optimisées directement sur le véhicule au cours de l’utilisation du véhicule à l’aide d’un calculateur embarqué dans lequel la méthodologie de recalage et les outils spécialisés ont été implantés et complètement automatisés.

[0028] L’étape d’acquisition de données physiques peut être faite une fois à l’aide d’outils spécialisés, l’étape de détermination de valeurs optimisées est faite en bureau d’étude, et les valeurs optimisées sont intégrées dans les véhicules produits et mis en circulation, ou remis en circulation après révision.

[0029] L’invention porte aussi sur un véhicule automobile à moteur thermique comprenant un système d’embrayage et intégrant modèle de températures et d’échanges thermiques dudit système d’embrayage ledit modèle étant calibré à l’aide de moyens de définition des critères de calibration, des paramètres du modèle à faire varier et les intervalles dans lesquels les paramètres peuvent varier, et le véhicule comprenant des moyens d’acquisition de données physiques au cours d’une situation de fonctionnement d’un exemplaire du système d’embrayage, et des moyens de détermination de valeurs optimisées des paramètres du modèle jusqu’à la satisfaction des critères de calibration.

[0030] Une méthodologie de recalage semi-automatique est ainsi appliquée au modèle de calcul d’estimateur thermique couplage, avant l’intégration de ce modèle dans le véhicule. Elle apporte des gains de productivité, par gain de temps, et des gains en robustesse, avec une amélioration de la précision de calcul, par rapport à une calibration manuelle subjective. Une variante consiste à implanter dans le calculateur embarqué dans le véhicule la méthodologie entièrement automatisée et appliquée pendant l’utilisation du véhicule sur le modèle de calcul d’estimateur thermique couplage déjà intégré au véhicule permettant ainsi d’éviter l’étape de calibration du modèle en bureau d’étude.

[0031] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant un mode de réalisation de l’invention et dans lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique du modèle estimateur thermique utilisé dans l’invention pour le système d’embrayage ; - la figure 2 montre un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 3 montre un deuxième mode de réalisation de l’invention, variante embarquée du premier mode.

[0032] La méthodologie de calibration d’un modèle d’estimation thermique, à l’aide de plans d’expériences pour surfaces de réponse à optimiser pour une expérience i et un profil de mission K comprend l’affectation des N paramètres de recalage pour l’expérience i, l’affectation des signaux d’une situation de vie K, la simulation et l’extraction des P variables de sortie, et le calcul des critères de recalage, tels que la mesure de l’écart entre chaque variable de sortie pour l’expérience i et pour la situation de vie K, et la cible correspondante issue d’essai physique.

[0033] Cette méthodologie permet de déterminer les valeurs optimales des paramètres de recalage de l’estimateur, à savoir essentiellement des coefficients de convection, afin de minimiser les écarts sur plusieurs profils de mission entre le signal temporel d’une température calculée par l’estimateur et le signal temporel visé, correspondant à un essai matériel.

[0034] Ces profils de mission correspondent à des situations de vie de conduite automobile courante : embouteillage, démarrage en côte, roulage ville, etc.

[0035] Les écarts sont mesurés par un ou plusieurs critères de recalage, choisis selon les caractéristiques du signal à recaler, caractérisé par exemple par la présence de pics ou d’oscillations, la température finale, les gradients. La méthodologie est valable quels que soient les critères choisis, sous la condition que chaque critère de recalage soit une mesure scalaire de l’écart entre le signal simulé par l’estimateur, et le signal cible mesuré au cours d’un essai.

[0036] Par exemple, on peut utiliser comme critère de recalage le RMSE (Root Mean Square Error, ou erreur moyenne quadratique) ou le RMSPE (Root Mean Square Percentage Error). Ainsi pour une situation de vie K, on calcule cette quantité à partir des signaux simulés et mesurés : [0037]

[0038]

l’échantillon à l’instant t du signal de température simulé pour la situation de vie

l’échantillon à l’instant t du signal de température mesuré pour la situation de vie K, et nK la taille d’échantillonnage des deux signaux simulé et mesuré pour la situation de vie K.

[0039] Le signal simulé est d’abord ré-échantillonné et interpolé sur le vecteur temps du signal mesuré, pour pouvoir effectuer ce calcul d’écarts.

[0040] On cherche ensuite à expliquer la variation de chaque critère de recalage ZK en fonction des variations des paramètres de recalage

[0041] On identifie ces relations à l’aide d’un plan d’expériences pour surfaces de réponses. Chaque expérience du plan d’expériences correspond à une simulation du modèle estimateur pour un réglage donné des paramètres de recalage. Ainsi le plan d’expériences définit un ensemble de simulations à réaliser, de sorte que les variations des paramètres de recalage couvrent un maximum de combinaisons différentes de valeurs, avec la meilleure couverture spatiale possible dans l’espace des paramètres, et de manière à maximiser la recherche d’information.

[0042] On augmente ainsi la probabilité de trouver ou d’approcher la combinaison optimale recalant le modèle.

[0043] Les plans d’expériences utilisés pour le recalage sont de type Space Filling : séquence de quasi Monte Carlo à faible discrépance (séquences de Sobol, de Halton, de Hammersley, de Van der Corput, etc.) ou Latin Hypercube.

[0044] La taille du plan d’expérience (nombre d’expériences) est variable et dépend des moyens disponibles pour la réalisation des calculs.

[0045] L’étape suivante consiste à exploiter les résultats du plan d’expériences, en identifiant un métamodèle fK pour chaque critère de recalage Z«, fonction des paramètres de recalage Xj. Les méta-modèles privilégiés sont de type non-linéaire, par exemple des réseaux de neurones ou la méthode krigeage.

[0046] Pour ces identifications, le plan d’expériences doit comporter un ensemble d’apprentissage et un ensemble de validation.

[0047] Une fois les métamodèles fK identifiés et validés, on réalise une optimisation multi-objectifs minimisant ces critères de recalage fonctions des coefficients de convection.

[0048] Une variante consiste à intégrer une version automatique de cette méthodologie de calibration, de façon embarquée dans le véhicule, ce qui permet de s’affranchir des travaux de corrélation et de la réalisation d’essais physiques (corrélation et validation). Cette auto-calibration nécessite l’utilisation d’un capteur thermique pour la mesure de la température d’air du carter d’embrayage. Le modèle embarqué calibré au niveau de la température d’air est par conséquent calibré au niveau de la température du plateau de pression.

[0049] En figure 2, on a visualisé le processus général pour la calibration semi-automatique outillée. Les étapes se font toutes successivement.

[0050] Selon une étape 100, on réalise des essais de mesure de températures dans le système d’embrayage pour différentes situations de vie.

[0051] Puis selon une étape 110, on définit des critères de recalage, caractérisant les écarts entre températures simulées et mesurées.

[0052] Selon une étape 120, on choisit des paramètres de recalage notamment des coefficients de convection du modèle estimateur, à faire varier sur des intervalles également choisis au cours de cette étape.

[0053] Selon une étape 130, on choisit un plan d’expériences.

[0054] Selon une étape 140, on réalise un plan d’expériences pour chaque situation de vie.

[0055] Selon une étape 150, on effectue un post-traitement des résultats du plan d’expériences.

[0056] Selon une étape 160, on identifie des métamodèles pour chaque situation de vie.

[0057] Selon une étape 170, on optimise avec plusieurs objectifs sur les différents métamodèles. L’étape de détermination de valeurs optimisées est ainsi faite en bureau d’étude.

[0058] Selon une étape 180, on vérifie le réglage optimal des paramètres de recalage, en comparant les résultats du calcul et un essai effectué avec les paramètres obtenus avec cet optimum présumé. Si le réglage n’est pas validé, on oriente le processus vers les étapes 110, 120, 130, 160 et 170. Si le réglage est validé, on oriente le processus vers l’étape 190.

[0059] Selon une étape 190, on intègre le modèle mathématique optimisé dans les véhicules produits et mis en circulation, ou remis en circulation après révision.

[0060] Ensuite, on utilise la température calculée du plateau de pression par le modèle intégré au logiciel comme référence pour activation ou non des protections d’embrayage.

[0061] En figure 3, on a visualisé le processus général pour la variante de calibration automatique embarquée. Les étapes se font toutes successivement, sauf exception signalée.

[0062] Selon une étape 200, on définit des critères de recalage, caractérisant les écarts entre températures simulées et mesurées.

[0063] Selon une étape 210 on choisit des paramètres de recalage notamment des coefficients de convection du modèle estimateur à faire varier sur des intervalles choisis également au cours de cette étape.

[0064] Selon une étape 220, on choisit le plan d’expériences.

[0065] Les étapes 210 à 220 sont réalisées en bureau d’étude.

[0066] Selon une étape 230 on implante la méthodologie de recalage dans le logiciel du moteur du véhicule à équiper.

[0067] Selon une étape 235 parallèle à l’étape 230, on implante un capteur de température d’air dans le carter d’embrayage du véhicule à équiper.

[0068] Ces étapes 230 et 235 sont effectuées en usine.

[0069] Les étapes suivantes sont réalisées par le logiciel embarqué, au cours d’une situation de vie, au cours de l’utilisation du véhicule par l’utilisateur final.

[0070] Selon une étape 240 postérieure à la fois à l’étape 230 et à l’étape 235, on mesure la température d’air du carter d’embrayage.

[0071] Selon une étape 250 on réalise le plan d’expériences en temps réel.

[0072] Selon une étape 260 on effectue un post-traitement automatique des résultats du plan d’expériences.

[0073] Selon une étape 270, on identifie automatiquement le métamodèle de température d’air pour la situation de vie courante.

[0074] Selon une étape 280 on optimise automatiquement le métamodèle de température d’air.

[0075] Selon une étape 290 on vérifie automatiquement le réglage optimal des paramètres de recalage : comparaison entre le calcul sur la base des valeurs de paramètres définissant cet optimum présumé et l’essai ayant fourni la température de l’air dans le carter d’embrayage.

[0076] Si le réglage n’est pas validé, on oriente le processus vers l’étape 240. Si le réglage est validé, on oriente le processus vers l’étape 300.

[0077] Selon une étape 300, on utilise la température calculée du plateau de pression par le modèle intégré au logiciel comme référence pour activation ou non des protections d’embrayage.

[0078] La méthode permet une conception robuste via l'activation des modes de protection de l'embrayage en fonction de la température estimée, et la réduction des taux de défaillances, donc des retours clients.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de calibration d’un modèle de températures et d’échanges thermiques d’un système d’embrayage de véhicule automobile à moteur thermique, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de définition (110, 120 ; 200, 210) des critères de calibration, des paramètres du modèle à faire varier et les intervalles dans lesquels les paramètres peuvent varier, puis une étape d’acquisition (100 ; 240) de données physiques au cours d’une situation de fonctionnement d’un exemplaire du système d’embrayage, puis une étape de détermination (170 ; 280) de valeurs optimisées des paramètres du modèle jusqu’à la satisfaction (180 ; 290) des critères de calibration.
2. 2. Procédé de calibration d’un modèle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend de plus l’utilisation (160 ; 270) de plusieurs métamodèles d’écarts de températures entre simulations et acquisitions.
3. 3. Procédé de calibration d’un modèle selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend de plus l’utilisation (130, 140, 150 ; 220, 250, 260) de plusieurs plans d’expériences.
4. 4. Procédé de calibration d’un modèle selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape d’acquisition (240) de données physiques est faite à l’aide d’au moins un capteur qui a été mis en place (235) sur le véhicule, et l’étape de détermination (280) de valeurs optimisées est faite sur le véhicule au cours de l’utilisation du véhicule à l’aide d’un calculateur embarqué dans lequel la méthodologie de recalage a été préalablement implantée (230).
5. 5. Procédé de calibration d’un modèle selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape d’acquisition (100) de données physiques est faite une fois à l’aide d’outil spécialisés, l’étape de détermination (170) de valeurs optimisées est faite en bureau d’étude, et les valeurs optimisées sont intégrées (190) dans les véhicules produits et mis en circulation, ou remis en circulation après révision.
6. 6. Véhicule automobile à moteur thermique comprenant un système d’embrayage et intégrant modèle de températures et d’échanges thermiques dudit système d’embrayage caractérisé en ce que ledit modèle est calibré à l’aide de moyens de définition des critères de calibration, des paramètres du modèle à faire varier et les intervalles dans lesquels les paramètres peuvent varier, des moyens d’acquisition de données physiques au cours d’une situation de fonctionnement d’un exemplaire du système d’embrayage, puis des moyens de détermination de valeurs optimisées des paramètres du modèle jusqu’à la satisfaction des critères de calibration.