Brevet FR2740509A1 — publié le 19970430

L'invention concerne un procédé d'adaptation, permettant de corriger les écarts de tolérance d'une roue- émetteur, notamment d'une roue-émetteur de vilebrequin d'un moteur à combustion interne, comportant un nombre donné de dents dont les espacements de l'une à l'autre sont détectés par un capteur, le capteur fournissant un train d'impulsions dont les espacements dans le temps sont mesurés pour chaque dent ou pour un segment couvrant plusieurs dents et sont corrigés dans des états de10 fonctionnement du régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne. Pour relever la position d'un arbre, par exemple du vilebrequin ou de l'arbre à cames d'un moteur à combustion interne, il est connu de prévoir, sur cet15 arbre, un disque-émetteur ou une roue-émetteur comportant des éléments de repère, par exemple des dents, qui sont détectés au moyen d'un capteur fixe. Dans ce cas, des impulsions de tension sont induites dans le capteur, par exemple un capteur inductif, par les éléments de repère20 passant devant ce dernier et la vitesse de rotation ou la vitesse angulaire de l'arbre est déterminée à partir des espacements dans le temps de ces impulsions de tension dans un circuit d'exploitation connectés au capteur. La vitesse angulaire du vilebrequin, ou d'un arbre relié à ce dernier, d'un moteur à combustion interne peut par exemple servir à détecter des ratés de combustion. Des ratés de combustion de cylindres isolés ou de plusieurs cylindres entraînent un ralentissement de la vitesse angulaire du vilebrequin. Etant donné que l'effet mesuré, notamment dans le cas de vitesses de rotation assez élevées, est très faible - la perte de vitesse de rotation dans le cas d'un raté de combustion peut être égale à seulement 0,2% dans le cas extrême -, la vitesse angulaire doit être mesurée d'une manière très précise. Les écarts de tolérance et les dispersions entre produits individuels lors de la fabrication ou lors du montage de la roue-émetteur sur le vilebrequin entraînent des imprécisions dans la mesure de la vitesse angulaire et donc des détections erronées dans la reconnaissance des ratés de combustion. Par EP 0 583 495 Ai, on connaît un procédé de reconnaissance et de correction d'erreurs dans la mesure dans le temps effectuée sur des arbres en rotation, notamment sur des vilebrequins ou des arbres reliés à ces derniers. Dans ce cas, les durées par segment qu'il faut à l'arbre pour tourner d'une étendue angulaire déterminée,10 ce qu'il est convenu d'appeler un segment, sont mesurées, puis ces durées sont comparées à une durée valable pour un segment de référence. En fonction de la différence de durée, il est établi une valeur de correction qui permet une correction de la durée par segment mesurée, soit15 individuellement par cylindre, soit individuellement par segment. Pour exclure, dans la reconnaissance d'erreurs et la correction d'erreurs, des influences intempestives qui sont dues à l'allumage et à des ratés de combustion, les mesures sont exécutées pendant l'état de fonctionnement en20 coupure d'injection en décélération. Dans DE 41 33 679 Ai, il est décrit un procédé d'adaptation aux écarts de tolérance de type mécanique d'une roue-émetteur, au moyen duquel les imprécisions, associées aux différents segments, qui apparaissent à la25 fabrication d'une telle roue-émetteur sont corrigées par des moyens électroniques. A cet effet, lorsque le fonctionnement en coupure d'injection du moteur à combustion interne est reconnu, donc lorsqu'il ne se présente pas de fluctuations de la vitesse de rotation,30 les durées des espacements séparant deux flancs de segments de même polarité sont mesurées et les valeurs ainsi obtenues sont rangées en mémoire. Ces valeurs (intervalles de temps) constituent une mesure des longueurs différentes des durées par segment et il en est tenu compte dans les calculs qui se déroulent dans le fonctionnement normal du moteur à combustion interne pour la détermination exacte de la vitesse de rotation. A cet effet, le deuxième intervalle de temps et les suivants sont rapportés au premier intervalle de temps, les écarts entre eux sont filtrés et les valeurs mesurées filtrées sont utilisées en tant que valeurs d'adaptation.5 L'invention a pour but de fournir un procédé qui, en comparaison de l'état connu de la technique, permette une correction encore plus précise de la vitesse angulaire d'un arbre qui est mesurée au moyen d'une roue-émetteur et d'un capteur associé.10 Conformément à l'invention, ce but est atteint au moyen d'un procédé d'adaptation, du type générique considéré, qui est caractérisé en ce que: - une durée par dent moyenne (T) est calculée à partir des valeurs de durée par dent ou de durée par segment (Tn) mesurées actuelles, - les valeurs de durée par dent actuelles (Tn) sont normalisées vis-à-vis de la durée par dent moyenne ( T), - le domaine de vitesses de rotation ( Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve est déterminé, - un facteur d'adaptation (aij,alt) est établi, pour chaque dent (1... j... Z), en fonction du domaine de vitesses de rotation ( Ti) déterminé, - les durées par dent normalisées (Tnorm(n)) sont utilisées pour corriger le facteur d'adaptation (aij,alt) associé à la jième dent dans le iième domaine de vitesses de rotation ( Ti) et - un facteur de correction (yj) est calculé, pour chaque dent ou chaque segment, à partir des facteurs d'adaptation corrigés (aij, neu) - et est utilisé pour corriger la jième valeur de durée par dent (T(n)). Conformément à l'invention aussi, ledit but est atteint au moyen d'un procédé d'adaptation, du type générique considéré, qui est caractérisé en ce que: - une durée par dent moyenne (T) est calculée à partir des valeurs de durée par dent ou de durée par segment (Tn) mesurées actuelles, - une grandeur de différence (Tdiff(n)) est calculée conformément à la relation: T(n)- 2T(n - 1)+ T(n - 2) Tff"(n) = T - le domaine de vitesses de rotation ( Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve est déterminé, - un facteur d'adaptation (bij,alt) est établi, pour chaque dent (1... j... Z), en fonction du domaine de vitesses de rotation ( Ti) déterminé, la grandeur de différence (Tdiff(n)) est utilisée pour corriger la jième différence de dent dans le iième domaine de vitesses de rotation et - un facteur de correction (yj) est calculé, pour chaque dent ou chaque segment, à partir des facteurs d'adaptation corrigés (bij,neu)20 - et est utilisé pour corriger la jième valeur de durée par dent (T(n)). La détermination d'un facteur de correction pour chaque dent individuelle ou pour un segment de la roue- émetteur, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, et l'adaptation de ces valeurs de correction, par exemple au cours du régime de coupure d'injection, pendant lequel l'injection aux cylindres est coupée, permettent d'obtenir, pour la vitesse angulaire, des valeurs à précision élevée qui peuvent par exemple être utilisées judicieusement pour détecter des ratés de combustion ou pour déterminer le couple. Le facteur de correction tient compte de l'influence des écarts de tolérance de fabrication et des dispersions entre les différentes roues-émetteurs fabriquées, notamment de leurs dents, ainsi que d'un montage non centré sur l'arbre dont la vitesse de rotation est à étudier. Par ailleurs, le facteur de correction dû au couple des masses du piston et de la bielle est compensé. Dans l'algorithme d'adaptation, il est tenu compte de la perturbation périodique résultant du couple des gaz, qui est dû aux pressions des cylindres qui varient, et du couple dû à la5 réaction de la chaussée. Dans les deux solutions proposées conformément à l'invention, il peut être prévu que le domaine de vitesses de rotation (Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve précisément soit déterminé au moyen de10 la durée par dent moyenne. Le procédé est décrit ci-après en détail en regard des figures des dessins. On voit: à la figure 1, une représentation schématique du principe de mesure de la vitesse angulaire, à la figure 2, une représentation servant à exposer l'agencement géométrique de la roue-émetteur dentée dans le cas d'un montage non centré de cette roue, à la figure 3, une représentation de l'erreur angulaire due aux écarts de tolérance de fabrication, à la figure 4, un schéma-bloc qui représente les parties constitutives de perturbation dans le cas de la mesure de la vitesse angulaire, à la figure 5, un organigramme, servant à la correction des écarts de tolérance de la roue-émetteur, conforme à un premier exemple de réalisation, à la figure 6, une table caractéristique d'adaptation, à la figure 7, un organigramme, servant à la correction des écarts de tolérance de la roue-émetteur, conforme à un second exemple de réalisation et, à la figure 8, un graphe des valeurs de correction correspondant aux différentes dents de la roue- émetteur. A la figure 1, le repère 1 désigne une roue- émetteur dentée qui comporte des dents ferromagnétiques et présente des incréments angulaires de largeur A et qui est montée sur un vilebrequin 2. Pendant le mouvement de rotation du vilebrequin 2, un capteur magnétique 3, par exemple un capteur Hall ou un capteur inductif, produit un signal de tension qui fluctue avec la distance des surfaces frontales de la roue dentée. Ainsi, la roue5 dentée constitue le modulateur servant à transformer la grandeur d'entrée variant en amplitude, qu'est la vitesse angulaire, en un signal variant en fréquence. Les passages de ce signal par zéro contiennent aussi l'information concernant l'angle instantané. La succession des10 entredents et des dents ferromagnétiques de la roue- émetteur dentée 1 fait varier le champ magnétique qui provient d'un aimant permanent situé dans le capteur 3. Une roue dentée présentant Z dents et un rayon R est habituellement caractérisée par son module m = 2R/Z. Dans les capteurs magnétiques, seuls des modules situés entre certaines limites sont admissibles pour une variation du champ magnétique qui soit suffisamment forte pour l'obtention d'un signal. Ceci signifie, pour un rayon R préfixé, une limitation du nombre maximal Z des dents et20 donc de la résolution angulaire maximale. Un incrément angulaire est égal à Ap = 2n/Z. À partir du signal fourni par le capteur 3, un discriminateur 4, qui peut par exemple être constitué d'une bascule de Schmitt et d'un détecteur de flancs, produit un signal rectangulaire qui25 est caractérisé par la distance séparant deux flancs T(n) (durée de période). La quantification de ce signal s'effectue au moyen d'un compteur 5 et d'une fréquence de référence 6. L'état du compteur qui est ainsi obtenu constitue, avec ZS = Aq/T(n), une mesure de la vitesse30 angulaire c. En omettant une ou plusieurs dents sur la roue-émetteur dentée 1, on obtient une zone 7 correspondant à une référence angulaire à l'aide de laquelle l'angle absolu peut être déterminé. 60 dents moins un espace libre de 2 dents se sont imposées comme standard dans les émetteurs d'impulsions situés sur les vilebrequins des moteurs à combustion interne. En supposant un vilebrequin rigide, il vient le bilan de couples suivant sur le vilebrequin: e3 = Mgas - Mmass - Mlast (1) Dans ce dernier, e désigne le moment d'inertie du vilebrequin, O l'accélération angulaire, Mgas le couple des gaz, dû aux pressions des cylindres qui varient et souvent appelé aussi couple de pression, Mmass le couple des masses, dû aux masses oscillantes du piston et de la bielle, et Mlast le couple de charge qui est dû à la10 réaction de la chaussée. Une fonction périodique dépendant de l'angle f( v(+) = r(4) (W). La figure 2 représente les conditions géométriques se présentant dans le cas d'un montage non centré de la roue-émetteur dentée 1 sur le vilebrequin 2. Dans le cas du montage théorique et donc dans le cas de la mesure théorique, le centre géométrique M de la roue-émetteur dentée 1 coîncide avec l'axe de rotation M'. Ainsi, le rayon est constant r(O) = R et la variation dans le temps de la vitesse tangentielle v(+) devant le capteur 3 correspond, au facteur R près, à la variation de la vitesse angulaire (+). Si le centre géométrique M et l'axe de rotation M' sont décalés l'un vis-à-vis de l'autre, le rayon r(%) varie. Pour un faible décalage relatif q = a/R des axes, a désignant le décalage d'axes entre le centre M et l'axe de rotation M', la dépendance15 du rayon vis-à-vis de l'angle peut être donnée par l'approximation: r( d'un incrément d'angle n'est pas une constante (Ae). De la figure 3, on déduit que, pour l'incrément d'angle réel: A,(n) = A4 + 6%e(n) = A% + 6+(n) - 6â(n -1) (4a) A désignant l'angle absolu et 6%e(n) l'erreur angulaire due aux écarts de tolérance de fabrication de la roue- émetteur. L'erreur angulaire se reproduit après un tour de roue, c'est-à-dire 6%(n+Z) = 6% (n). Les fluctuations se présentant dans la vitesse angulaire sont dues à des fluctuations de couple, c'est-à- dire aux couples agissant sur le vilebrequin et aux erreurs se présentant dans la mesure de la vitesse angulaire. Elle se calculent toutes suivant une approximation de petits signaux sur des fluctuations se présentant dans la durée mesurée T(n) entre deux dents ou5 segments: T(n) = T+ S(n) 7 e(n) -Tqcos((n -2)Ap- e)- _A f, (n) - M,(n) A 2 O AiPO _--3 Mt.(n) APO formule dans laquelle, en sus de 6Te(n), il est indiqué l'erreur de quantification stochastique due à la résolution limitée de la cadence de référence prévue pour le compteur. La durée moyenne T peut par exemple être15 calculée sur un tour de roue, c'est-à- dire comme étant le temps s'écoulant jusqu'à ce que la même dent de la roue- émetteur dentée repasse à l'endroit du capteur. Dans le cas de Z dents ou segments, cette durée vaut: T ZMz La phase d'adaptation a alors pour but de déterminer toutes les parties constitutives de perturbation qui se reproduisent pour une roue déterminée ou pour un segment déterminé. Si on transforme l'équation (5) en soustrayant de la valeur actuelle T(n) la valeur moyenne T et en normalisant vis-à-vis de cette valeur moyenne T, il est possible de réunir en un facteur de correction y(n) l'erreur de dent, l'erreur de montage non centré et le couple des masses. Ce facteur est constant pour la dent considérée ou le segment considéré et peut être utilisé pour corriger la vitesse angulaire. Cette relation est représentée schématiquement d'une manière graphique à la figure 4 (équation 7). L'erreur de quantification et le couple de charge ne sont pas périodiques sur un tour de roue. Leur participation pour une dent déterminée constitue une perturbation stochastique et peut être supprimée au moyen5 d'une formation de moyenne. En revanche, le couple de pression est aussi périodique lorsque l'allumage du moteur à combustion interne est coupé. Il dépend par ailleurs du point de fonctionnement du moteur. Lorsque le papillon des gaz est fermé, la variation dans le temps du couple des10 gaz (couple de pression) Mga, (n) est indépendante dans une large mesure de la vitesse de rotation, mais intervient, d'une manière pondérée par le facteur T2, dans les fluctuations des durées par dent. Ainsi, l'équation représentée graphiquement à la figure 4 se transforme en: T(n)-T T2 ______-____ =-ly(n)- A -M (n)+e(n) avec e(n)=)_T2 M(n) (8) T Ae T Acpe Cette dépendance des différentes grandeurs correspondant à une influence vis-à-vis du point de travail est utilisée dans ce qui suit pour séparer le facteur de correction y(n) voulu d'une dent vis-à-vis de la partie constituée par le couple de pression. 25 La détermination du facteur de correction est exposée en détail en regard de l'organigramme de la figure 5. Le procédé est toujours appelé lorsque le moteur à combustion interne tourne en frein moteur, avec l'injection coupée et le papillon des gaz fermé. Un tel30 état de fonctionnement est présent en régime de coupure d'injection en décélération. Dans un premier pas Sl, la valeur actuelle de durée par dent ou par segment T(n) et l'indice correspondant j (correspond à un angle absolu) sont introduits. Ensuite, conformément à l'équation (6), la durée par dent moyenne T est calculée et, au pas S3, une normalisation de la valeur actuelle de durée par dent T(n) est exécuté conformément à l'équation: l1 T' -T(n)-T (n =- T (9) Au pas S4, il est déterminé dans quel domaine de vitesses de rotation Ti le moteur à combustion interne se trouve précisément. Cela est nécessaire, étant donné que, dans les différents domaines de vitesses de rotation, il10 se présente différentes fluctuations des durées par dent. À cet effet, dans une mémoire d'un dispositif électronique de commande du moteur à combustion interne, il est établi une table caractéristique d'adaptation AK dans laquelle une valeur d'adaptation aij peut être déterminée pour15 chaque dent 1... j... Z en fonction de domaines de vitesses de rotation définis à l'avance d'une manière fixe (figure 6). Au pas S5, les fluctuations de durée par dent normalisée Tnorm(n) conformes à l'équation (9) sont utilisées pour adapter la jième dent dans le iième domaine de vitesses de rotation conformément à la règle de calcul suivante: aij,neu = (1-a)aij,alt + a: facteur de filtration (0 Les nouvelles valeurs d'adaptation aij,neu ainsi obtenues sont introduites dans la table caractéristique d'adaptation AK en venant remplacer les anciennes valeurs aij,alt. Ensuite, au pas S6, il est examiné si un nombre minimal, pouvant être fixé à l'avance, d'itérations (par exemple 50) sont atteintes pour chacun des domaines de vitesses de rotation. Si cette question fournit un35 résultat négatif, le procédé est alors poursuivi par le pas Si. Dans le cas contraire, au pas S7, le facteur de correction yj de la jième dent est calculé sur tous les domaines de vitesses de rotation conformément à une formule de régression linéaire: N N - CIa, C, ap J=l.... z (10) avec les facteurs de pondération définis au préalable: N -_ q = ___________" (11) et Ci N,lZ N2 2st - Ni l Une fois la phase d'adaptation achevée, le facteur de correction yj sert, au pas S8, à corriger les durées par dent de la jième dent:15 Tkorr(n) = T(n) (1 + yj) (12) La figure 7 représente, sous forme d'un ordinogramme, un autre exemple de réalisation d'un algorithme d'adaptation. Dans ce cas, c'est une autre grandeur intermédiaire qui est utilisée à la place des20 fluctuations de dent normalisées Tnorm. Les deux premiers pas S1 et S2 sont identiques aux pas du procédé qui a été exposé en regard de la figure 5. Pour supprimer l'influence des opérations d'accélération ou de freinage pendant la phase d'adaptation, la grandeur de différence: T(n)-2T(n-1) + T(n-2) (13) Tff (n)=: est calculée au pas S3. Ensuite, le domaine de vitesses de rotation est déterminé d'une manière analogue au pas S4 de la figure 5. Au pas S5, la grandeur de différence de l'équation (13) est utilisée pour l'adaptation de la jième différence de dent dans le iième domaine de vitesses de rotation, conformément à la relation: bij,neu = (1-a)bij, alt + aTdiff(n) (14) a désigne ici de nouveau lefacteur de filtration, d'une manière analogue au procédé de la figure 5. Si un nombre minimal d'itérations est respecté pour chacun des domaines de vitesses de rotation (question posée au pas S6), une 5 grandeur intermédiaire âj est calculée pour la jième dent au pas S7 conformément à une formule de régression linéaire: N N 6, = ClZb -C2, j=1,....,z (15) 1=1,=1 Dans cette dernière, les facteurs de pondération C1 et C2 sont identiques aux facteurs qui sont indiqués pour l'équation (11). A partir de ces grandeurs intermédiaires âj, on obtient, après une addition cumulative effectuée deux fois, des grandeurs auxiliaires F- et, à partir de ces dernières, les facteurs de correction yj (pas S8) ú, *=ZSk, j=1,...,Z k-! (16) Z ú,ú= * j1,...,Z (17) y,*=ZEú j=l,, (18) k-1 *zj=l,, z (19) Yj =-Yj*--Z,.* Z -1 Les calculs des équations (17) et (19) donnent l'assurance qu'après couverture d'un tour de roue, les facteurs de correction sont de nouveau libérés de la30 valeur moyenne. Une fois la phase d'adaptation achevée, les durées par dent de la jième dent sont, au pas S9, corrigées conformément à l'équation (12), d'une manière analogue au procédé de la figure 5. La figure 8 représente le résultat d'une adaptation lorsqu'on utilise une roue-émetteur dentée comportant 58 + 2 dents, c'est-à-dire une roue dentée comportant 58 + 2 dents, c'est-à-dire une roue dentée comportant 58 dents et un espace libre de 2 dents, pour déterminer la position angulaire absolue dans le cas de l'utilisation d'un capteur de différence de type Hall en tant que capteur magnétique. L'indice de dent j est porté en abscisses et les valeurs de correction adaptées yj en ordonnées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'adaptation, permettant de corriger les écarts de tolérance d'une roue-émetteur, notamment d'une roue-émetteur de vilebrequin d'un moteur à combustion interne, comportant un nombre donné de dents dont les espacements de l'une à l'autre sont détectés par un capteur, le capteur fournissant un train d'impulsions10 dont les espacements dans le temps sont mesurés pour chaque dent ou pour un segment couvrant plusieurs dents et sont corrigés dans des états de fonctionnement du régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne,15 caractérisé en ce que: - une durée par dent moyenne (T) est calculée à partir des valeurs de durée par dent ou de durée par segment (Tn) mesurées actuelles, - les valeurs de durée par dent actuelles (Tn) sont normalisées vis-à- vis de la durée par dent moyenne (T), - le domaine de vitesses de rotation ( Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve est déterminé, un facteur d'adaptation (aij,alt) est établi, pour chaque dent (1... j... Z), en fonction du domaine de vitesses de rotation ( Ti) déterminé, - les durées par dent normalisées (Tnorm(n)) sont utilisées pour corriger le facteur d'adaptation (aijait) associé à la jième dent dans le iième domaine de vitesses de rotation ( Ti) et30 - un facteur de correction (yj) est calculé, pour chaque dent ou chaque segment, à partir des facteurs d'adaptation corrigés (aij,neu) - et est utilisé pour corriger la jième valeur de durée par dent (T(n)). 2. Procédé d'adaptation, permettant de corriger les écarts de tolérance d'une roue-émetteur, notamment d'une roue-émetteur de vilebrequin d'un moteur à combustion interne, comportant un nombre donné de dents dont les espacements de l'une à l'autre sont détectés par un capteur, le capteur fournissant un train d'impulsions dont les espacements dans le temps sont mesurés pour 5 chaque dent ou pour un segment couvrant plusieurs dents et sont corrigés dans des états de fonctionnement du régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne, caractérisé en ce que: - une durée par dent moyenne (T) est calculée à partir des valeurs de durée par dent ou de durée par segment (Tn) mesurées actuelles, - une grandeur de différence (Tdiff(n)) est calculée conformément à la relation: Td] (n) =T(n) - 2T(n - 1) + T(n - 2) - le domaine de vitesses de rotation ( Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve est déterminé, - un facteur d'adaptation (bij,alt) est établi, pour chaque dent (1... j... Z), en fonction du domaine de vitesses de rotation ( Ti) déterminé, la grandeur de différence (Tdiff(n)) est utilisée pour corriger la jième différence de dent dans le iième domaine de vitesses de rotation et - un facteur de correction (yj) est calculé, pour chaque dent ou chaque segment, à partir des facteurs d'adaptation corrigés (bij,neu)30 - et est utilisé pour corriger la jième valeur de durée par dent (T(n)). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le domaine de vitesses de rotation Ti) dans lequel le moteur à combustion interne se trouve précisément est déterminé au moyen de la durée par dent moyenne. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les facteurs d'adaptation corrigés (aijneu) sont calculés conformément à la relation: aij,neu = (1-a)aij,alt + a(Tnorm(n)) dans laquelle a représente un facteur de filtration qui détermine la vitesse d'adaptation et la suppression du bruit et pour lequel 0 N N yj =q CEay -C2ÉTj2aj", J=î.... il i-I avec les facteurs de pondération déterminés au préalable N _- N _ C= 1 et C2 = 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les durées par dent (T(n)) sont corrigées au moyen du facteur de correction (yj) conformément à la relation Tkorr(n) = T(n) (1 + yj).25 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les facteurs d'adaptation corrigés (bijneu) sont calculés conformément à la relation: bij,neu = (l-a)bij,alt + aTdiff(n) dans laquelle a représente un facteur de filtration qui détermine la vitesse d'adaptation et la suppression du bruit et pour lequel 0