SYSTEME ET PROCEDE DE PILOTAGE D'UN OUVRANT MOTORISE POUR VEHICULE AUTOMOBILE.

L'invention concerne un système et un procédé de pilotage d'un système ouvrant motorisé ou automatique pour véhicule automobile, tel qu'une porte latérale coulissante, un hayon motorisé ou un toit escamotable par exemple. La performance d'un tel système est souvent jugée par l'uniformité du mouvement dudit ouvrant concerné, c'est-à-dire sa vitesse, sa fluidité, et par la stabilité de ce mouvement au cours du temps.

Le problème technique inhérent à ces systèmes d'ouvrants motorisés est dû aux perturbations extérieures auxquelles ils sont inévitablement soumis tout au long de leur cycle de vie. Ces perturbations extérieures sont principalement provoquées par des variations dans les conditions « normales » d'utilisation, c'est-à-dire quand le véhicule est en pente ou en devers, par des situations d'usage s'écartant d'un usage « normal », notamment quand la masse de l'ouvrant varie par adjonction d'un porte- bagages ou d'un porte-vélo par exemple, et par le vieillissement des mécanismes.

Actuellement, les systèmes ouvrants automatiques intègrent une unité de contrôle, chargée d'élaborer un signal de commande, en position ou en vitesse, de l'ouvrant. Cette commande est ensuite traduite en signal de régulation « bas niveau » en tension ou en courant, et exécutée par un actionneur qui génère une force appliquée à l'ouvrant, provoquant ainsi son mouvement dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture.

Généralement, ces stratégies actuelles de commande par régulation pour systèmes ouvrants motorisés prévoient un asservissement d'un profil de vitesse cible de l'ouvrant par rapport à la consigne appliquée à l'actionneur ou au temps de réponse de celui-ci. Ces stratégies présentent l'inconvénient de ne pas intégrer de mécanismes destinés à contrer les perturbations extérieures auxquelles est soumis l'ouvrant motorisé, telles que la pente de la route, et qui peuvent entraîner des écarts statiques dans la régulation en vitesse par rapport à la consigne, écarts maintenus pendant toute la durée d'une mission du système ouvrant.

Certains systèmes actuels utilisent un capteur de pente spécifique, ou inclinomètre, soit dans le but de mieux moduler la régulation de la vitesse de l'ouvrant, soit pour maintenir l'actionneur bloqué ou bien freiner l'ouvrant déjà déplacé dans le

but d'éviter des mouvements provoqués par la pente et par le propre poids de l'ouvrant.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients, en rendant les systèmes de pilotage des ouvrants motorisés insensibles aux perturbations qui les affectent naturellement, en particulier celles qui sont provoquées par la pente du sol sur lequel se situe le véhicule et celles qui sont induites par la masse de l'ouvrant lui-même.

Pour cela, l'invention consiste à ajouter, dans le système de pilotage de l'ensemble ouvrant motorisé d'un véhicule, un observateur défini dans le but de reconstruire l'ensemble des états du système et de réaliser le bilan des forces appliquées à l'ouvrant. Cet observateur réalise l'estimation des perturbations, comme la pente du sol, sans adjonction de capteurs dédiés à leurs mesures. Cette estimation est ensuite utilisée pour moduler la commande provoquant l'ouverture et la fermeture de l'ouvrant.

Un premier objet de l'invention est un système de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé de véhicule automobile, par asservissement de sa vitesse à une consigne déterminée à partir d'une consigne de position, caractérisé en ce qu'il est réalisé par une unité de contrôle comprenant un observateur qui reconstruit les états de l'ensemble ouvrant motorisé soumis à des perturbations, à partir de sa position mesurée et à partir de la commande de son actionneur délivrée par des moyens de régulation, et qui délivre une estimation de la vitesse de l'ensemble ouvrant et des perturbations, dont la pente du sol sur lequel se situe le véhicule, auxdits moyens de régulation destinés à fournir à l'actionneur une commande tenant compte de ces perturbations.

Selon une autre caractéristique du système de pilotage, ledit observateur estime, en fonction de la position de l'ouvrant mesurée et de la commande délivrée par des moyens de régulation, plusieurs perturbations agissant sur l'ensemble ouvrant motorisé, dont la pente du sol, les forces appliquées à l'ouvrant distinctes de celle appliquée par l'actionneur, les erreurs sur le gain du modèle, c'est-à-dire d'une part sur le gain de l'actionneur de l'ouvrant et d'autre part sur la masse de ce dernier.

Selon une autre caractéristique du système de pilotage, l'observateur est construit à partir d'un modèle de l'ensemble ouvrant motorisé, qui considère d'une part que l'actionneur est représenté par sa fonction de transfert égale au quotient de la

force qu'il génère et applique à l'ouvrant, par le signal de commande qu'il reçoit, le gain de cette fonction de transfert étant connu, et d'autre part que l'ouvrant est également soumis à son poids en cas de pente du sol.

Un second objet de l'invention est un procédé de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé de véhicule automobile, par asservissement de sa vitesse à une consigne déterminée à partir d'une consigne de position par cartographie, caractérisé en ce qu'il comprend l'estimation de la vitesse de l'ouvrant d'une part et des perturbations auxquelles il est soumis d'autre part par un observateur à partir de la position mesurée et de la commande destinée au moteur de l'ouvrant, puis l'établissement d'une première commande issue d'un régulateur recevant en entrée la différence entre la consigne de vitesse obtenue par cartographie en fonction de la position mesurée et une estimation de la vitesse délivrée par l'observateur, à laquelle s'ajoute une seconde commande établie en fonction des perturbations estimées pour l'ensemble ouvrant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont :

la figure 1 : un schéma fonctionnel d'un système de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé selon l'invention ; la figure 2 : un schéma fonctionnel d'un exemple de modèle d'un ensemble ouvrant motorisé utilisé dans un système de pilotage selon l'invention ; la figure 3 : un système de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé selon l'invention.

Comme le montre le schéma de la figure 1 , le système de pilotage d'un ouvrant motorisé pour véhicule automobile est réalisé par une unité de contrôle destinée à asservir la vitesse de déplacement dudit ouvrant à une consigne, déterminée à partir d'une consigne de position par cartographie lors de la mise au point du véhicule. Pour cela, il comprend des moyens de régulation 1 recevant en entrée d'une part la position x de l'ouvrant donnée par un capteur, et d'autre part une estimation de sa vitesse x et des perturbations, dont la pente â , auxquelles il est soumis. Les estimations sont délivrées par un observateur 2 qui est destiné à reconstruire les états de l'ensemble ouvrant motorisé, avec certaines hypothèses, à partir de la commande en tension U du moteur et de la position x de l'ouvrant.

L'observateur est construit à partir d'un modèle 3 de l'ensemble ouvrant motorisé, qui reçoit en entrée d'une part la commande U en tension du moteur et d'autre part les perturbations, dont la pente α, comme le montre le schéma fonctionnel de la figure 2. Le modèle, applicable à tout type d'ouvrant motorisé, tel que porte, hayon, se soulevant ou coulissant, considère que le moteur est représenté par sa fonction de transfert H (s) égale au quotient de la force F _a qu'il génère et applique à l'ouvrant, par le signal de commande U qu'il reçoit. Selon l'invention, cette fonction de transfert peut être une fonction quelconque, mais qui est connue, soit donnée par le fournisseur du moteur, soit identifiée sur le véhicule et dont on connaît le gain K. L'ouvrant qui est soumis à cette force F _a est également soumis à son poids en cas de pente. Le bilan des forces qui s'appliquent à l'ensemble ouvrant motorisé s'écrit dans le cas d'un hayon, selon l'équation E ₁ :

(E ₁ ) m - x = γ _a + mg - %vδa

où x est la position de l'ouvrant, x est son accélération et α est la pente en radians.

La représentation générique de l'ensemble ouvrant avec son actionneur, définie par le modèle qui reçoit la commande U de l'actionneur et la pente α en entrée et délivre sur sa sortie y la position x de l'ouvrant, est la suivante, dans le cas d'une fonction de transfert H(s) fréquentielle, par exemple du premier ordre de gain K :

U 1 + sτ

en supposant que la pente est faible, donc que sin α = α, et constante, donc que sa dérivée est nulle à = 0.

L'observateur reconstruit l'ensemble des états du système ouvrant motorisé avec certaines hypothèses, à partir de la commande en tension U du moteur et de la position x de l'ouvrant mesurée. Il délivre une estimation des états du système, en particulier de la vitesse de l'ouvrant x et des perturbations à . Les équations de l'observateur sont les suivantes :

le gain ^ _ofa de l'observateur pouvant être déterminé par exemple par une méthode d'optimisation H2.

L'observateur n'estime pas uniquement la pente mais l'ensemble des perturbations agissant sur l'ouvrant motorisé, comme une force appliquée manuellement par l'utilisateur ou par ajout d'un poids, ou comme les erreurs sur le gain du modèle c'est-à-dire sur la masse de l'ouvrant ou le gain K de l'actionneur.

Une estimation de la vitesse x de l'ouvrant est alors envoyée à l'entrée des moyens de régulation 1, comme le montre le schéma électronique de la figure 3, qui est un exemple non limitatif d'un système de pilotage selon l'invention.

Concernant l'estimation des perturbations que délivre l'observateur, et qui doivent être prises en compte pour le régulateur, seules les perturbations constantes, c'est-à-dire principalement la pente du sol et les erreurs du modèle sont à considérer, les autres perturbations, telles que le bruit par exemple, ne devant pas être retenues. Pour cela, un automate 4 reçoit donc en entrée un signal Sj de début d'ouverture ou fermeture de l'ouvrant d'une part et l'estimation des perturbations fournie par l'observateur d'autre part, et après une temporisation prédéfinie afin de figer l'estimation des perturbations délivrée par l'observateur quelques instants après le démarrage d'une manœuvre de déplacement de l'ouvrant, il mémorise la valeur de

cette estimation, qui est ensuite envoyée aux moyens de régulation 1 devant en tenir compte pendant l'asservissement de la vitesse de l'ouvrant pour délivrer une commande U optimale au moteur 5 de l'ouvrant.

Comme le montre la figure 3, la régulation de la vitesse de déplacement de l'ouvrant, par asservissement de la valeur estimée x par l'observateur 2 à une consigne x _c déterminée par cartographie 6 à partir d'une consigne de position, comprend l'établissement d'une première commande Ui issue d'un régulateur 7, de type PID par exemple, recevant en entrée la différence entre la vitesse estimée et la consigne, à laquelle va s'ajouter une seconde commande U ₂ établie en fonction des perturbations estimées pour l'ensemble ouvrant motorisé.

Le bilan statique des forces qui s'appliquent à l'ouvrant est le suivant :

F ₁ + mg • a = K * U + mg • a = 0

de sorte que la commande U ₂ permettant de compenser les perturbations est égale à :

r Ui- = ^m % a ~

K

Cette commande U ₂ est obtenue en sortie d'un multiplicateur 9 de l'estimation des perturbations, de gain K ₀ égal à :

K. = - ^m8 s K

Ces deux commandes U ₁ et U ₂ s'ajoutent puis passent dans un saturateur 8 avant de constituer la commande U envoyée à l'actionneur 5 de l'ouvrant.

Ainsi, un second objet de l'invention est un procédé de pilotage d'un ensemble ouvrant motorisé de véhicule automobile, par asservissement de sa vitesse à une consigne déterminée à partir d'une consigne de position par cartographie, qui comprend l'estimation de la vitesse de l'ouvrant et des perturbations auxquelles il est soumis par un observateur à partir de la position mesurée et de la commande U destinée au moteur de l'ouvrant, puis l'établissement d'une première commande U ₁ issue d'un régulateur 7 recevant en entrée la différence entre la consigne de vitesse

issue d'une cartographie en fonction de la position mesurée et une estimation de la vitesse délivrée par l'observateur, à laquelle s'ajoute une seconde commande U ₂ établie en fonction des perturbations estimées pour l'ensemble ouvrant.

Grâce à l'intégration de l'observateur, qui estime les perturbations subies par l'ensemble ouvrant motorisé, dans le contrôle de la vitesse, le réglage du régulateur est facilité. On peut alors choisir un régulateur de type « proportionnel intégral », dont la composante intégrale est faible pour assurer sa robustesse et donc une marge de stabilité importante. Un régulateur de type Pl ou PID associé à des moyens d'estimation des perturbations respecte beaucoup mieux la consigne de vitesse de déplacement de l'ouvrant qu'un régulateur de même type sans estimateur. De plus, une étude fréquentielle montre que les marges de stabilité du régulateur sont plus grandes quand il tient compte de l'estimation des perturbations. Cela permet de ne pas augmenter le gain d'un régulateur PID par exemple ne prenant pas en compte les perturbations, car une telle modification de gain engendre une diminution des marges de stabilité et donc une moins bonne robustesse de la régulation.

L'estimation des perturbations réalisée par l'observateur selon l'invention permet de reconstruire l'ensemble des perturbations constantes, principalement la pente de la route et les erreurs dans le modèle de l'ensemble ouvrant motorisé.

Une variante du procédé de pilotage selon l'invention consiste à dissocier ces deux perturbations à l'aide d'une procédure d'apprentissage sur sol plat en sortie de chaîne du véhicule, de façon à éliminer la perturbation due à la pente dans un premier temps et à ne considérer que les erreurs de modèle dans un deuxième temps. Ces erreurs sont de deux types : d'une part sur le gain K de l'actionneur de l'ouvrant et d'autre part sur la masse m de ce dernier. Le gain total G ₁ de l'ensemble ouvrant étant égal au quotient du gain K par la masse :

G _t = K/m

ces deux erreurs peuvent être regroupées en une seule erreur sur le gain total G _t .

Les équations dynamiques de l'ensemble ouvrant motorisé sont les suivantes :

- en cas d'absence d'erreur sur le modèle : mx = F _a = K *U

- en cas de gain réel différent du gain théorique :

x = ε*G _t *U + ga

le terme α' représentant les perturbations dues au modèle et différentes de la pente α du sol, et ε étant le facteur de correction des erreurs du modèle. On obtient :

ga s = l —

G _t *U

En pratique, en sortie de chaîne du véhicule sur sol plat, la commande U du moteur et la perturbation estimée a' lors d'une ouverture sont mémorisées et les valeurs maximales, négatives ou positives, de U et de a' sont détectées. Pour faciliter la détermination du facteur de correction ε, la commande U est saturée afin que leurs maxima respectifs se situent sur un point stable.

Ce facteur de correction ε est ensuite utilisé pour corriger le gain K _α sur la

TY12 pente, dans le multiplicateur 9, qui devient : K _a = — ε * K

et dans la matrice B de l'observateur, qui devient

Les avantages de ce système de pilotage du déplacement d'un ensemble ouvrant motorisé sont de trois ordres :

une facilité de réglage du régulateur proprement dit ; une absence d'erreur statique sur le suivi de la consigne de la vitesse d'ouverture/fermeture de l'ouvrant ; une plus grande marge de stabilité et donc une meilleure robustesse.

L'utilisation d'un capteur de pente spécifique, ou d'un accéléromètre, à installer ou déjà prévu dans les systèmes de frein de parking automatique, d'aide au démarrage en côte ou encore d'ESP (Electronic Stability Program), peut servir à améliorer encore la régulation du système. Mais l'invention ne requiert pas l'utilisation de ce type de capteurs et améliore ainsi le fonctionnement des ouvrants motorisés sur les véhicules dont l'architecture ne permet pas la mise à disposition des données fournies par ces capteurs ou de ceux qui ne sont pas équipés.

L'invention est applicable préférentiellement sur tout type d'ouvrants motorisés, porte, hayon, toit escamotable notamment, principalement sur des véhicules automobiles privés, de transports publics ou industriels. Elle peut également être utilisée par tout système de motorisation chargé de l'actionnement d'éléments mécaniques, dont les missions incluent le fonctionnement sur différentes pentes ou pour lesquelles ce paramètre peut influencer les performances, telles que pelles ou bras mécaniques, antennes ou radars motorisés par exemple, montés sur véhicules terrestres.