Brevet FR2689183A1 — publié le 19931001

La presente invention est relative à un procédé de suppression d'un phénomène de cliquetis affectant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel procédé faisant appel à une commande en logique "floue" d'un paramètre de fonctionnement du moteur. On sait que certaines combustions anormales du mélange air/carburant introduit dans un moteur à combustion interne engendrent des ondes de forte pression et donc un bruit acoustique appelé "cliquetis". Lorsque celui-ci est intense, il peut en résulter des dégradations du moteur telles qu'une érosion de la culasse et des pistons, des cassures des cordons de piston et des segments, une rupture du joint de culasse ou une détérioration des soupapes, par exemple. On a représente à la Fig. 1 du dessin annexé le schéma fonctionnel d'un dispositif classique conçu pour empêcher de telles détériorations du moteur sous l'effet du phénomène de cliquetis. Le dispositif comprend un capteur de cliquetis 1, du type accéléromètre par exemple, fixé sur le moteur pour être sensible au cliquetis apparaissant dans chaque cylindre du moteur, le capteur délivrant un signal traité dans un étage de conditionnement 2 avant d'être délivré à des moyens 3 de calcul d'un retrait d'avance à l'allumage RA, en fonction de diverses stratégies, ces moyens corrigeant en fonction du retrait calculé l'instant d'allumage des bougies du moteur placées dans les cylindres où l'on a détecté du cliquetis. On sait qu'un tel retrait a pour effet de supprimer le cliquetis.Quand celui-ci a disparu les moyens de calcul autorisent un retour de l'avance à l'allumage à la valeur nominale. Plus précisément, suivant une technique actuelle utilisée pour détecter le cliquetis, lors de chaque cycle du moteur on calcule l'énergie moyenne du cliquetis, dans chacun des cylindres où il se manifeste et on compare cette énergie moyenne (clqmoy) à l'énergie instantanée de cliquetis (valclq) comme illustré par le graphe de la Fig. 2. Sur ce graphe on a représenté une bande séparant une région située à sa droite et dans laquelle on considère qu'il y a cliquetis d'une région située à sa gauche où l'on considère qu'il n'y a pas cliquetis. La bande de séparation présente une pente (clqgn) et une abscisse à l'origine (clqof) pour sa limite de droite. On considère donc que l'on est en présence de cliquetis si: clqmoy En présence d'un cliquetis ainsi détecté, le dispositif de la Fig. 1 commande un retrait d'avance RA important (d'environ 7 par exemple) sur le cylindre qui cliquète, au cycle moteur suivant, ce retrait pouvant être répété une fois en cas de persistance du cliquetis, l'instant d'allumage se rapprochant alors de 14 au total du point mort haut (PMH). Le retour à la valeur nominale d'avance à l'allumage se fait ensuite, après disparition du cliquetis, à raison d'un rapprochement de 1 toutes les 2,5 secondes environ par exemple.D'autres corrections, appliquées plus "lentement", peuvent être prévues pour adapter l'allumage à l'encrassement et au vieillissement du moteur, à la perte d'efficacité du circuit de refroidissement, à la qualité du carburant, etc ...... La technique de suppression ou de réduction du cliquetis décrite ci-dessus présente diverses limitations désavantageuses. Comme on l'a vu plus haut en liaison avec le graphe de la Fig. 2, suivant cette technique la détection du cliquetis est du type "tout-ou-rien" : il y a ou il n'y a pas de cliquetis et on ne fait donc pas de distinction entre un cliquetis naissant et un cliquetis intense. De ce fait, les amplitudes des retraits d'avance dus aux corrections décrites ci-dessus sont les mêmes, quelle que soit l'intensité du cliquetis. Il en résulte une dégradation des performances du moteur, notamment en matière de couple ou de consommation en carburant, due à un réglage non optimal de l'angle d'avance à l'allumage. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de suppression d'un phénomène de cliquetis affectant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et qui permette donc d'ajuster au mieux les retraits d'avance à appliquer en phase de correction de cliquetis et de réduire au minimum les temps d'application de ces retraits. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé qui permette de réduire la consommation en carburant du moteur tout en le protégeant de dégradations dues au cliquetis. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de suppression d'un phénomène de cliquetis affectant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, par correction de l'une au moins des grandeurs du groupe formé par l'angle d'avance à l'allumage d'un mélange air/carburant introduit dans le moteur, la composition de ce mélange et l'énergie de l'étincelle d'allumage, procédé suivant lequel on mesure l'énergie instantanée du phénomène de cliquetis et on calcule une grandeur (Ri) fonction de la valeur instantanée de cette mesure.Suivant l'invention, on calcule une valeur moyenne glissante (Rm) de la grandeur (Ri), pondérée par un facteur d'oubli et on calcule la correction RA à appliquer à partir de relations prédéterminées tirées d'un jeu de telles relations et sélectionnées en fonction des valeurs instantanées de la grandeur (Ri) et de sa moyenne glissante pondérée (Rm) Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on calcule la grandeur Ri à partir de l'expression: valclq - K1 Ri = x K2 clqmoy où (valclq) est la valeur instantanée de la mesure de l'énergie du phénomène de cliquetis, (clqmoy) une valeur moyenne glissante de cette mesure, K1 et K2 des constantes. Cette formulation de la grandeur Ri permet de quantifier le phénomène de cliquetis et non pas seulement de qualifier sa présence ou son absence, comme dans la technique antérieure. Suivant l'invention encore, on échantillonne la grandeur Ri et on calcule une moyenne glissante pondérée Rm de la grandeur Ri telle que somme des N derniers échantillons saisis Ri(j) pondérés chacun par un facteur d'oubli : (N-j+1)-1. Suivant une caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, on convertit la grandeur Ri et sa valeur moyenne Rm en variables "floues" et on tire la correction R A d'un moteur d'inférence alimenté par Ri et R=. En utilisant ainsi la logique "floue" dans le procédé suivant l'invention, on tire parti d'une caractéristique avantageuse de cette logique qui permet à l'homme de métier, expert en suppression de cliquetis, de mettre en oeuvre des regles de suppression tirées de son expérience, ceci d'une manière simple exigeant des temps de développement courts. La logique floue permet en outre de tirer du procédé suivant l'invention de bonnes performances en matière de temps de réponse, de précision et de robustesse. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un diagramme fonctionnel d'un procédé classique de correction d'avance à l'allumage en vue de la suppression d'un phénomène de cliquetis, - la figure 2 est un graphe commenté en préambule de la présente description, que l'on retrouvera dans la suite pour expliquer comment l'on quantifie, suivant la présente invention, énergie d'un phénomène de cliquetis, - la figure 3 est un diagramme fonctionnel du procédé de suppression de cliquetis suivant la présente invention, mise en oeuvre à l'aide de la logique "floue", - la figure 4 est un tableau réunissant les règles constituant un moteur d'inférence utilisé dans le procédé suivant l'invention illustré à la Fig. 3, - les figures 5, 6 et 7 représentent des ensembles flous de classes d'appartenance et de degrés d'appartenance à ces classes de variables floues Ri, Rm et RA respectivement utilisées dans la présente invention, et - la figure 8 illustre un exemple particulier de calcul de l'angle d'avance à l'allumage établi en logique floue, suivant la présente invention. On va tout d'abord définir les grandeurs Ri et Rm qui sont à la base du procédé de suppression de cliquetis suivant l'invention. La grandeur variable Ri est calculée grâce à la formule valclq - clqof Ri = - x clqgn clqmoy où clqof est une valeur "d'offset" déterminée expérimentalement, clqgn est un gain déterminé expérimentalement, valclq est une valeur d'énergie instantanée de cliquetis mesuré à la sortie de l'étage de conditionnement 2 de la Fig. 1, clqmoy est une valeur moyenne glissante du signal d'énergie instantanée de cliquetis. Comme il est bien connu dans la technique, dans le cas d'un système échantillonné, on pose par exemple clqmoyi = clqmoyil + K (valclq1 - clqmoyil) où K est un coefficient de pondération inférieur à 1, clqmoy1 est la valeur actuelle d'énergie moyenne, clqmoyil est l'ancienne valeur d'énergie moyenne. Le calcul de la grandeur clqmoy a pour but de prendre en compte l'énergie moyenne du bruit de fond qui pourrait autrement masquer plus ou moins le phénomène de cliquetis. La grandeur Ri étant ainsi définie, on revient au graphe de la Fig. 2 pour en donner une expression plus concrète. On a défini sur ce graphe trois zones correspondant à des valeurs différentes de Ri. Deux de ces zones sont séparées par la bande de pente clqgn. Cette bande correspond à 0,8 I1 apparaît que la définition adoptée pour Ri, suivant la présente invention, permet de disposer d'une grandeur quantifiant le cliquetis d'une manière progressive et non pas par "tout-ou-rien" contrairement à ce que l'on fait couramment dans la technique antérieure. Cette grandeur permet ainsi de répondre au phénomène de cliquetis par des corrections d'avance à l'allumage qui suivent au plus près celles qui sont nécessaires pour supprimer le cliquetis, sans dépassement coûteux en énergie dans la mesure où des corrections de l'angle d'avance à l'allumage par rapport à la valeur optimale de cet angle font chuter le couple de sortie du moteur par rapport au couple optimal qu'il peut délivrer. L'invention est de préférence mise en oeuvre dans un dispositif échantillonné de commande numérique permettant de disposer d'échantillons successifs de la grandeur Ri. On définit suivant l'invention une deuxième grandeur Rm représentant la somme pondérée de N échantillons de la variable Ri. Suivant l'invention la pondération est réalisée de manière que la variable Ri la plus récente prise en compte dans la moyenne a le poids le plus important tandis que la variable Ri la plus ancienne a le poids le plus faible. En d'autres termes, plus l'échantillon est récent et plus son importance dans la valeur de Rm est grande. La grandeur Rm constitue ainsi une "moyenne pondérée par facteur d'oubli".Elle peut s'exprimer mathématiquement à l'aide de la formule récurente suivante: où N représente le nombre d'échantillons sur lequel la moyenne est calculée, j est un indice courant de 1 à N, Ri est l'énergie instantanée de cliquetis, calculée comme indiqué ci-dessus, j = N étant l'échantillon le plus récent et j = 1 l'échantillon le plus ancien. Si l'on développe l'expression donnée ci-dessus de Rm, il vient Ri(N) Ri(N-1) Ri(2) Rl(l) Rm = + + + + 1 2 N-1 N Cette expression développée fait apparaître que la grandeur Rm présente un effet mémoire sur un horizon défini par les N derniers échantillons saisis. Rm constitue ainsi une moyenne glissante pondérée par un facteur d'oubli (N j+1)1 Cet effet mémoire permet de traiter différemment des phénomènes de cliquetis d'historiques différents suivant que, par exemple, cet historique ne contient qu'un coup de cliquetis isolé ou plusieurs coups de cliquetis successifs, de moyenne amplitude par exemple. De tels coups de cliquetis successifs, peuvent se manifester lorsque la correction appliquée n'est pas suffisamment importante.Or, comme on le verra dans la suite, le niveau de correction de l'avance à l'allumage suivant l'invention en vue de la suppression du cliquetis est, entre autres, fonction de la valeur de la variable Rm Une augmentation de la valeur de cette variable entraîne alors une augmentation du niveau de correction. La variable R, présente un autre intérêt en ce que, contrairement à la variable Ri elle ne tend vers zéro que progressivement. Le cliquetis étant un phénomène autoentretenu, il est nécessaire de maintenir une correction d'avance pendant un certain temps, ce que permet avantageusement la variable R,, tout en faisant en sorte que la durée de cette correction soit proportionnelle au niveau du cliquetis rencontré. Ayant ainsi défini les variables Ri et R, utilisées dans le procédé suivant l'invention pour rendre compte du phénomène du cliquetis, on va décrire maintenant un procédé de commande en logique "floue" de la correction d'avance nécessaire pour supprimer ce phénomène. Ce procédé vise à calculer un retrait d'avance RA en fonction des observations faites sur les grandeurs Ri et Rm. Comme illustré à la Fig. 3, la commande "floue" exige une opération préalable de codage des variables Ri et R, dite "fuzzyfication" (de l'anglais fuzzy = flou), les variables Ri et R, "floues" ainsi obtenues étant traitées dans un moteur d'inférence constitué par un ensemble de règles de logique floue. De ce traitement on tire un expression "floue" de la correction RA appliquée, qu'il faut "défuzzyfier" pour en tirer une valeur déterminée utilisable de la correction d'avance à l'allumage à appliquer. L'opération de fuzzyfication permet de déterminer le degré d'appartenance de chacune des variables d'entrée R et R, à différentes fonctions d'appartenance représentées aux Fig. 5 et 6 respectivement. C'est ainsi que l'on définit six classes d'appartenance pour la variable Ri, repérées TF, F, U, P, M, G sur la Fig. 5 où on a représenté les degrés d'appartenance correspondants, constitués (sauf pour TF et G) par des fonctions de graphes triangulaires p centrés sur les milieux des classes associées. Bien entendu des fonctions d'appartenance présentant des allures différentes pourront être choisies, comme il est bien connu en commande "floue". On désigne par TF la classe d'appartenance "tres faible", F la classe d'appartenance "faible", U la classe d'appartenance "unitaire", P la classe d'appartenance "petit", M la classe d'appartenance "moyen", G la classe d'appartenance "grand". Comme représenté à la Fig. 6, la variable R, fait l'objet d'un traitement analogue, avec définition de cinq classes d'appartenance : Z (zéro), P (petit), M (moyen), G (grand), et TG (très grand). Comme représenté à la Fig. 7, la variable de sortie R A est repérée par rapport à cinq classes d'appartenance (Z, P, M, G, TG) couvrant des domaines de correction d'avance à l'allumage en recouvrement partiel, comme pour les classes d'appartenance associées aux variables Ri et R,. C'est ainsi que, par exemple, la classe d'appartenance M de RA s'étend de 4" à 12" avec une fonction d'appartenance triangulaire centrée sur 8 , les classes d'appartenance P et G recouvrant chacune la moitié du domaine de la classe M. Les fonctions d'appartenance représentées aux Fig. 5 à 7 définissent les degrés d'appartenance ,uRi, F-1R, et URA des variables Ri, R, et RA respectivement, à chacune des classes d'appartenance définies. Les fonctions d'appartenance triangulaires représentées, choisies seulement à titre d'exemple, établissent ainsi des degrés d'appartenance variant régulièrement entre O et 1, avec une valeur maximum 1 au milieu de chaque classe d'appartenance. On a représenté à la Fig. 4 un tableau qui définit les règles de logique floue à appliquer pour tirer le retrait d'avance RA à appliquer des observations faites sur Ri et R,. On appelle classiquement "moteur d'inférence" un tel ensemble de règles. Le moteur d'inférence, composé de règles établies à partir de l'expérience de l'homme de métier, permet de choisir en temps réel les règles applicables à la détermination de RAT correspondant aux classes d'appartenance auxquelles appartiennent, à un instant donné, les variables Ri et R,. Ces variables pouvant appartenir simultanément à plusieurs classes d'appartenance, plusieurs règles peuvent être appliquées simultanément, conformément aux principes de la logique floue, comme on le verra dans l'exemple suivant. On a représenté à la Fig. 8 l'ensemble des opérations de logique floue exécutées à partir de quatre règles a, b, c, d du moteur d'inférence, activées par des valeurs particulières de Ri et R,, choisies à titre d'exemple. Les résultats qui découlent de chacune des règles activées sont pondérés par le degré d'appartenance des variables Ri et R, (phase 1, Fig. 8). On réalise ensuite une opération du type "ET" logique (phase 2) et une opération du type "ALORS" (phase 3) qui pour chaque règle, définit une nouvelle classe d'appartenance de la variable R A (phase 4). Le jeu de classes d'appartenance de RA ainsi obtenu est ensuite agrégé (fonction "OU") pour donner ainsi la classe d'appartenance globale de RA correspondant aux entrées particulieres Ri et R, (phase 5). I1 faut alors établir une valeur déterminée de la correction RA de l'angle d'avance d'allumage propre à faire disparaître le cliquetis détecté. Pour ce faire on peut calculer, par exemple, le centre de gravité de la l'agrégation de classe d'appartenance réalisé en phase 5. On repère ensuite sur l'axe horizontal l'abscisse RA de ce centre de gravité. On va illustrer maintenant le processus d'établissement de la valeur RA à l'aide d'un exemple. Suivant cet exemple, illustré à la Fig. 8, on se place dans une situation où, à partir du signal délivré par le capteur de cliquetis 1 (voir Fig. 1) on a établi des valeurs instantanées de Ri et R, telles que Ri(t) = 1,15 R,(t) = 1,4 sur les Fig. 5 et 6 on constate alors que - Ri(t) appartient aux classes P et M, - R,(t) appartient aux classes M et G. Du tableau de la Fig. 4 il ressort alors que les règles de logique floue qui sont activées sont les suivantes règle a : si Ri E P et si R, E M, alors RA E M règle b : si Ri E M et si R, E M, alors RA E G règle c : si Ri E P et si R, E G, alors RA E G règle d : si Ri E M et si R, E G, alors RA E TG les fonctions logiques mentionnées ci-dessus permettent de calculer, pour chaque règle, le degré d'appartenance de RA à la classe correspondante. Pour ce faire on calcule en phase 2 le degré d'appartenance de RA à la classe définie par la règle, par l'opération min[pRi(Ri(t) ), PR,,(R,,(t) )] Les classes d'appartenance définies en phase 3 sont alors écrêtées à la valeur du degré d'appartenance ainsi calculée (voir phase 4). Les quatre classes d'appartenance ainsi écrêtées sont ensuite agrégées en phase 5 par une fonction "OU" logique. Le centre de gravité G de la plage d'agrégation ainsi obtenue présente une abscisse qui permet de définir une valeur déterminée de la correction d'avance RA à l'allumage ( RA = 11", dans l'exemple représenté) calculée suivant la présente invention pour supprimer un cliquetis antérieurement détecté. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'on pourrait agir sur d'autres grandeurs que l'angle d'avance à l'allumage pour tenter d'éliminer le cliquetis, par exemple sur la composition du mélange air/carburant ou l'énergie de l'étincelle d'allumage. REVENDICATIONS 1. Procédé de suppression d'un phénomène de cliquetis affectant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, par correction de l'une au moins des grandeurs du groupe formé par l'angle d'avance à l'allumage d'un mélange air/carburant introduit dans le moteur, la composition de ce mélange et l'énergie de l'étincelle d'allumage, procédé suivant lequel on mesure l'énergie instantanée du phénomène de cliquetis et on calcule une grandeur (Ri) fonction de la valeur instantanée de cette mesure, caractérisée en ce qu'on calcule une valeur moyenne glissante (R=) de la grandeur (Ri), pondérée par un facteur d'oubli et on calcule la correction (RA) à appliquer à partir de relations prédéterminées tirées d'un jeu de telles relations et sélectionnées en fonction des valeurs instantanées de la grandeur (Ri) et de sa moyenne glissante pondérée (R,). 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'on calcule la grandeur (Ri) à partir de l'expression valclq - K Ri = ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ x K2 clqmoy où (valclq) est la valeur instantanée de la mesure de l'énergie de phénomène de cliquetis, (clqmoy) une valeur moyenne glissante de cette mesure, K1 et K2 des constantes. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on échantillonne la grandeur (Ri) et on calcule une moyenne glissante pondérée (R,) de la grandeur (Ri) telle que somme des N derniers échantillons saisis pondérés chacun par un facteur d'oubli (N-j+i)1. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on convertit la grandeur (Ri) et sa valeur moyenne (R,) en variables "floues" et on tire la correction (RA) d'un moteur d'inférence alimenté par (Ri) et (Rm). 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur d'inférence est défini par le tableau: a TF F ~ ~ M | ZE ZE u P ZE PM M MGtMGMGMGTGGTG M bV'U ~~ ~ ~ ~ ~ ~ TG G TG tG TG TG TG et par des fonctions d'appartenance prédéterminées des variables floues (Ri) et (R,) à des classes d'appartenance (TF à G) et (ZE à TG) respectivement, les valeurs instantanées des variables floues (Ri) et (R,) déterminant les règles de ce tableau qui conditionnent l'appartenance de la correction floue (RA) qui s'en déduit à une ou plusieurs classes d'appartenance (ZE à TG). 6. Procédé conforme à la revendication 5, suivant lequel la correction (RA) est une correction de l'angle d'avance à l'allumage, caractérisé en ce qu'on tire de la valeur de la grandeur floue (RA) une valeur numérique de la correction d'avance à l'allumage, par agrégation des classes d'appartenance de la grandeur floue (RA)