Brevet FR2757632A1 — publié le 19980626

PROCEDE DE DETECTION D'UNE PERTURBATION ANORMALE DU COUPLE MESURE D'UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention concerne un procédé de détection d'une perturbation anormale du couple mesuré d'un moteur thermique, à injection commandée, dans un véhicule automobile, perturbation engendrée en particulier par une route dégradée ou par tout autre facteur susceptible de créer un bruitage anormal du couple moteur mesuré. Une conséquence importante d'une perturbation anormale du couple mesuré est le risque de fausses détections de mauvaises combustions ou "misfire" dans les cylindres du moteur, par calcul et comparaison du couple gaz produit par les combustions du mélange air-carburant. En effet, la mesure du couple permet de diagnostiquer ces défauts de fonctionnement que sont les ratés de combustion, pouvant provenir d'un mauvais dosage de carburant, d'une mauvaise compression du mélange ou d'une absence d'étincelle en cas de moteur à essence. Un raté de combustion provoque une chute du couple gaz. Les réglementations européenne E.O.B.D.ou américaine O.B.D. de diagnostic embarqué dans les véhicules, pour le contrôle des émissions du système d'échappement en vue du respect des normes d'antipollution, exigent la reconnaissance des mauvaises combustions. Un procédé connu de détection de ces ratés de combustion est basé sur l'analyse du couple gaz qui peut être calculé à partir de l'évolution de la vitesse instantanée du vilebrequin, par exemple, comme cela est décrit dans la demande de brevet français déposée par la Demanderesse sous le numéro 95 06780. Or, la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin ne reflète pas seulement les caractéristiques de fonctionnement du moteur mais aussi le fonctionnement de la chaîne cinématique reliant le moteur à l'interface entre les pneus et la route. Lorsque le profil de la route est accidenté, toute variation brutale du couple au niveau des roues est répercutée au vilebrequin par l'intermédiaire du système de transmission comprenant un embrayage, une boîte de vitesses et un différentiel. Cette répercussion se traduit pas des oscillations dépendant des caractéristiques de la transmission et de la perturbation due à la route. I1 est donc important de différencier les variations de la vitesse du vilebrequin dues aux combustions et aux ratés de combustion de celles dues à un mauvais état de la route par exemple. Le roulage d'un véhicule sur une route dégradée pose un problème de remontée de couple par la transmission provoquant un bruitage aléatoire du couple ainsi calculé, ce bruit ayant une fréquence et une amplitude qui sont fonction principalement du profil de la route, de la vitesse du véhicule, du régime du moteur et du rapport de la boîte de vitesses. I1 peut arriver que le couple gaz mesuré chute instantanément d'une valeur importante, comparable à celle due à un raté de combustion, de telle sorte que le procédé de détection du couple entraîne l'apparition de fausses détections et entraîne la déclaration d'une panne au niveau du système de diagnostic embarqué. Les solutions actuelles à ce problème lié à l'analyse de la vitesse instantanée du vilebrequin sont de cinq types. Une première solution consiste à faire l'analyse statistique de la vitesse instantanée du vilebrequin, ce qui ne nécessite pas de capteur spécifique mais fait appel à un traitement logiciel du signal, lourd et souvent sans grandeur physique se rapportant au moteur, et de mise au point difficile. Une deuxième solution consiste à analyser le signal délivré par un accéléromètre monté sur le châssis du véhicule, permettant une détection plus facile du profil routier en discriminant les effets des ratés de combustion et les excitations dues au profil routier. Cette solution a pour inconvénient un surcoût dû au capteur d'accélération, au traitement logiciel du signal et peut être sensible aux perturbations agissant sur le châssis (vibrations, portières, ...). Selon une troisième solution, les véhicules, qui ne sont pas équipés d'un système d'anti-blocage de roues (ABS), peuvent être équipés d'un capteur de vitesse de roue dérivé de cette même technologie. La détection de mauvaise route se fait alors par un traitement statistique de la vitesse de roue instantanée. Le principal inconvénient tient au surcoût important dû au composant dont on doit équiper le véhicule, soit une couronne dentée associée à un capteur de défilement. La quatrième solution consiste en un traitement spécifique intégré au calculateur électronique du système d'anti-blocage de roues ABS. Le calculateur délivre un signal de mauvaise route détectée. Cependant, seuls les véhicules équipés du système ABS peuvent en bénéficier. Une cinquième solution réside dans l'analyse du niveau instantané de la jauge de carburant mais est très peu fiable. Le but de l'invention est de pallier ces différents inconvénients, en proposant une solution ne nécessitant pas de composant supplémentaire, et dont le surcoût dû au traitement du signal et à la mise au point est limité. Elle permet de plus de rendre beaucoup plus fiable le diagnostic de ratés de combustion non seulement vis-à-vis du profil de roulage du véhicule, mais également vis-à-vis de tout autre phénomène provoquant une distorsion pénalisante du couple moteur mesuré, comme les à-coups de transmission par exemple. Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de détection d'une perturbation anormale du couple mesuré d'un moteur thermique à combustion interne à quatre temps, à injection commandée électroniquement, le couple pouvant être calculé à partir de la vitesse instantanée du vilebrequin du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte - la définition d'un critère de bruit CBt du couple gaz produit par chaque combustion du mélange air carburant dans les cylindres, quantifiant le bruit du couple gaz par filtrage après chaque combustion, - la comparaison, après chaque combustion, de ce critère de bruit CBt à un seuil Smr déterminé, avec détection d'une perturbation anormale quand le critère de bruit est supérieur au seuil. Selon une autre caractéristique de 1 invention, le critère de bruit CBt quantifie le bruit global du couple gaz Cg calculé pour tous les cylindres du moteur confondus, par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple Cg après chaque combustion correspondant au point mort haut de rang pmh. Selon une autre caractéristique de 1 invention, le critère de bruit CBt quantifie le bruit du couple gaz Cg calculé pour chaque cylindre c par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre la valeur instantanée du couple gaz Cgc et la valeur filtrée C'gç après chaque combustion dans le cylindre considéré et les critères de bruit pour chaque cylindre c sont additionnés pour délivrés le critère de bruit CBt du couple gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang pmh, à comparer au seuil Smr Selon une autre caractéristique de 1 invention, le critère de bruit CBt quantifie le bruit du couple gaz C calculé pour chaque cylindre c, par filtrage du gc premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple instantané calculé Cgct après chaque combustion dans le cylindre considéré, et les critères de bruit pour chaque cylindre sont additionnés pour délivrer le critère de bruit CBt du couple gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang pmh, à comparer au seuil Smr. Selon une autre caractéristique de l'invention, le critère de bruit CBt quantifie le bruit du couple gaz Cgç calculé pour chaque cylindre c, par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple instantané calculé Cgc, après chaque combustion dans le cylindre considéré, et les critères de bruit pour chaque cylindre sont additionnés, puis leur somme est divisée par la valeur de la chute de couple 6gc attendue en fonction du régime moteur N et de la pression P dans le collecteur, pour délivrer le critère de bruit CBt du couple gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang pmh, à comparer au seuil Smr. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante des différents modes de réalisation du procédé, illustrée par les figures ci-après annexées qui sont - les figures la à ld : l'évolution dans le temps des valeurs instantanées et filtrées du couple gaz d'un moteur à quatre cylindres, par rapport à des seuils de comparaison, pour chacun des cylindres respectifs - les figures 2a à 2d : les évolutions respectives dans le temps, du couple gaz de tous les cylindres confondus, avec un passage du véhicule sur une mauvaise route, du signal de détection des ratés de combustion, de la pression dans le collecteur et du régime moteur - la figure 3 : l'évolution dans le temps du couple gaz du moteur et du critère de bruit. Le procédé, objet de l'invention, s'applique à un moteur thermique à combustion interne dont l'injection est commandée électroniquement par un calculateur à microprocesseur, destiné également à assurer le contrôle du fonctionnement du moteur par traitement de signaux délivrés par des capteurs. Les signaux de commande générés par le calculateur sont utilisés pour piloter l'injection, et éventuellement l'allumage, dans le cas d'un moteur à essence, c'est-à-dire le temps de l'injection du mélange air-carburant dans les cylindres et la quantité exacte à injecter par cylindre, ainsi que l'instant de son allumage par les bougies par exemple, pour obtenir des conditions de combustion du mélange optimales. Le moteur compte en particulier un capteur permettant de calculer la vitesse instantanée du vilebrequin, à partir du défilement des repères disposés à la périphérie d'une cible circulaire devant le capteur. Cette cible comprend par exemple une succession de dents espacées régulièrement, une de ces dents servant d'origine d'indexation pour permettre leur numérotation, et de repère absolu pour déduire l'instant de passage au point mort haut d'un cylindre de référence, le cylindre numéro 1. Le signal délivré par le capteur est traité pour générer, à chaque demitour du vilebrequin, un signal PMH de repérage des passages des cylindres 1, 3, 4 et 2 successivement au point mort haut. Le procédé actuel de détection des ratés de combustions repose sur l'analyse du couple gaz du moteur qui est perturbé à chaque raté de combustion, subissant alors une chute importante. Les figures la à ld représentent, dans le cas particulier d'un moteur à quatre cylindres, pour chacun des quatre cylindres 1 à 4 respectivement, la variation du couple gaz Cg instantané, du couple gaz filtré Clg par rapport à un seuil absolu Sa et un seuil relatif Sr, cartographiés en fonction du point de fonctionnement, en fonction du temps compté en points morts hauts à partir du début de la période de fonctionnement du moteur considérée. Dans cet exemple particulier non limitatif, un raté de combustion R c est provoqué tous les 13 points morts hauts pour un régime moteur de 1150 tours/minute et pour une pression dans le collecteur de 460 millibars. Cependant, ce diagnostic des mauvaises combustions n'est pas totalement fiable vis-à-vis des phénomènes provoquant une distorsion du couple mesuré, tels que les perturbations, engendrées par le profil de roulage, dans la rotation du vilebrequin par l'intermédiaire du système de transmission. On constate notamment que le mauvais état de la chaussée sur laquelle circule le véhicule automobile provoque des variations symétriques du couple instantané par rapport au couple nominal. Si le couple chute instantanément, de façon importante et comparable à ce qui se produit lors d'une mauvaise combustion, le procédé de détection réalise de fausses détections préjudiciables au dispositif de déclaration de panne selon la réglementation OBD. La présence d'une mauvaise route par exemple se traduit par un bruit anormal du couple instantané mesuré du moteur, comme le montre la figure 2a qui représente les valeurs du couple instantané Cg, tous cylindres confondus, pendant une première plage P1 de fonctionnement sur route correcte et pendant une deuxième plage P2 sur tôle ondulée. On constate que les valeurs du couple varient sur une grande amplitude, au point que certaines valeurs peuvent descendre endessous du seuil de détection 5c des mauvaises combustions, pendant la deuxième plage P2. Dans ce cas, le procédé de détection émet des signaux binaires Sm de présence de misfire alors qu'il ne s'agit que de fausses détections dues au mauvais état de la route (figure 2b). La figure 2c montre l'évolution de la pression dans le collecteur Pcoll et la figure 3d celle du régime moteur N. Pour éviter ces fausses détections, il est essentiel de reconnaître les perturbations du couple moteur dues aux mauvaises routes. A cet effet, l'invention propose un procédé de détection de toute perturbation anormale du couple par le biais d'un critère de bruit. Le critère CBt de bruit du couple gaz quantifie le bruit du couple par filtrage du premier ordre, après chaque combustion du mélange air-carburant dans les cylindres. Une fois défini, ce critère de bruit est comparé à un seuil donné Smr au-delà duquel on détecte une perturbation anormale du couple. Plusieurs définitions du critère de bruit sont envisagées. Selon une première définition, le critère de bruit quantifie le bruit global du couple gaz Cg calculé pour tous les cylindres du moteur simultanément, par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes que prend le couple Cg après chaque combustion du moteur. Le critère de bruit C Bt s'exprime donc selon l'équation E1 suivante, après la combustion de rang pmh, en fonction de la combustion précédente de rang pmh-l (E1) : Cgt(pmh) = Cgt(pmh-l)+a. Cg(pmh) Cg(pmh-l) I sachant que CBt(pmh) est le critère de bruit au point mort haut de rang pmh, Cg(pmh) est le couple gaz calculé pour tous les cylindres confondus, au point mort haut d'ordre pmh et, a est le coefficient de filtrage. Ce critère de bruit ainsi défini présente l'avantage d'être très simple à calculer. Selon une deuxième définition, le critère de bruit quantifie le bruit du couple gaz Cgc, calculé pour chaque cylindre c, indépendamment des autres, par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre la valeur instantané du couple Cg et la valeur filtrée C' obtenue par un procédé de filtrage, adapté à gc chaque cylindre pour s'affranchir des dispersions de fonctionnement et de mesure entre les différents cylindres du moteur, et relatif pour tenir compte des niveaux de couple différents d'un cylindre à l'autre, comme le montrent les figures la à ld Le critère de bruit CBc, dé fini pour un cylindre c, est obtenu après chaque combustion dans ledit cylindre au point mort haut d'ordre pmhc pour le cylindre, par l'équation E2 suivante (E2) : CBc(pmhc) = CBc(pmhc-l)+a |cgc(pmhc)-clgc(pmhc) avec CBc(pmhc) : critère de bruit au point mort haut de rang pmhc du cylindre (c), Cgc(pmhc) : couple gaz calculé pour le cylindre (c) au point mort haut de rang pmhc, a : coefficient de filtrage. Le critère de bruit du couple gaz Cg du moteur est obtenu en sommant les critères de bruit CBc pour chaque cylindre, de telle sorte que son expression CBt(pmh) au point mort haut de rang pmh pour le moteur est la somme des critères CBc(pmhc) définis à chaque point mort haut de rang pmhc pour un cylindre m étant le nombre de cylindres. Par ce traitement du couple de chacun des cylindres séparément, on résout le problème posé par la panne d'un cylindre que l'on ne détecte pas quand le procédé de détection des mauvaises combustions est inhibé pour raisons de mauvaise route. Une troisième définition propose la quantification du bruit du couple par filtrage du premier ordre, pour chaque cylindre c pris individuellement, de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple instantané Cgç calculé après chaque combustion dans le cylindre, au point mort haut de rang pmhc. Pour cela, le critère de bruit pour chaque cylindre c répond à l'équation E3 suivante (E3) : CBc(pmhc)= CBc(pmhc-l)+a. Cgc(pmhc) Cg,(pmhc-l) Le critère de bruit total pour le moteur CBt est la somme des critères de bruit CBc définis pour chaque cylindre, de sorte que son expression au point mort haut du moteur de rang pmh est la suivante m étant égal à 4, dans le cas d'un moteur à quatre cylindres. Le critère de bruit ainsi défini ne dépend pas du coefficient de filtrage que l'on peut appliquer sur le couple et est insensible aux différences de couple moyen entre les cylindres puisqu'il quantifie les écarts de couple à chaque point mort haut de chacun des cylindres. I1 évite alors les inhibitions dans le cas d'un ou plusieurs cylindres en panne permanente. I1 est également possible de définir un critère de bruit global à partir de celui obtenu précédemment selon l'expression E3, puis divisé par la valeur de la chute de couple ECg attendue en fonction du point de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire du régime N et de la pression P. Bien entendu, toute autre image du couple nominal fourni par le moteur peut être utilisée à la place de la chute de couple. L'expression E4 du critère de bruit devient Le procédé de détection d'une perturbation anormale du couple, selon l'invention, comprend ensuite une étape de comparaison du critère de bruit CBt à un seuil Smr déterminé, pouvant être fonction du régime moteur, de sa charge, ou du rapport engagé de la boîte de vitesses notamment. Si le critère de bruit est supérieur au seuil, le procédé déclare l'existence d'une perturbation anormale telle qu'une mauvaise route. Lorsque le procédé selon l'invention est associé à une détection des ratés de combustion par analyse du couple moyen gaz du moteur, il comporte de plus une étape d'inhibition de cette détection des ratés de combustion pendant toute la période de détection d'une perturbation anormale, soit une mauvaise route. Cette inhibition peut aussi être rétroactive sur une période déterminée précédant le dépassement du seuil Smr par le critère de bruit CBt signalant l'existence d'une perturbation. Cette rétroactivité tient au fait que le filtrage du premier ordre, dans le calcul du critère de bruit, introduit un temps de réponse plus au moins grand de ce critère, selon la définition et le facteur de filtrage CL adaptés. Cette action rétroactive peut être de plusieurs natures, soit l'annulation des fenêtres d'analyse du couple précédant la détection, soit la diminution du nombre de ratés de combustion détectés et déjà comptabilisés, d'un nombre prédéfini suivant les conditions de fonctionnement du moteur. La figure 3 montre l'évolution du couple gaz Cg d'un moteur, pendant une première période P1, où la route est bonne, et pendant une deuxième période P2 où la route est dégradée (tôle ondulée). En regardant les valeurs de couple, on constate qu'effectivement un bruit anormal vient perturber le couple Cg dès l'apparition effective de la mauvaise route. Etant donné le temps de réponse T du signal correspondant au critère de bruit CBt, la détection de la mauvaise route ne se fait qu'un temps 7 après l'apparition effective de la perturbation. Dans l'exemple représenté sur cette figure 3, correspondant au roulage d'un véhicule à moteur quatre cylindres à 50 km/h, en 5ème, avec un régime moteur de 1500 tr/mn et une pression de 600 mbar, on a placé un seuil de détection Smr égal à 30 et un facteur de filtrage a de 0,05, assurant ainsi une détection efficace avec un temps de réponse T égal à 65 points morts hauts. La présente invention présente l'avantage de n'occasionner aucun surcoût dû à un composant, le surcoût dû au traitement du signal et à la mise au point étant limité. Elle permet également d'obtenir une meilleure corrélation entre le critère de mauvaise route calculé et le risque effectif de fausse détection, d'où la faculté d'inhiber le diagnostic de détection des mauvaises combustions seulement lorsque cela est nécessaire. Elle s'applique à tout moteur du type à combustion interne, à injection pilotée électroniquement, qu'il soit à essence avec allumage commandé électroniquement, ou qu'il soit diesel. Dans la version essence, le moteur peut fonctionner avec une injection directe, ou encore en mélange pauvre par exemple. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'une perturbation anormale du couple mesuré d'un moteur thermique à combustion interne à quatre temps, à injection commandée électroniquement, le couple pouvant être calculé à partir de la vitesse instantanée du vilebrequin du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte - la définition d'un critère de bruit (CBt) du couple gaz produit par chaque combustion du mélange air carburant dans les cylindres quantifiant le bruit du couple gaz par filtrage après chaque combustion, - la comparaison, après chaque combustion, de ce critère de bruit (CBt) à un seuil (Smr) déterminé, avec détection d'une perturbation anormale quand le critère de bruit est supérieur au seuil. 2. Procédé de détection selon la revendication 1 caractérisé en ce que le critère de bruit (CBt) quantifie le bruit global du couple gaz (Cg) calculé pour tous les cylindres du moteur confondus, par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple (Cg) après chaque combustion correspondant au point mort haut de rang (pmh), selon l'équation CBt(pmh) = Cgt(pmh-l)+a Cg(pmh) Cg(pmh-l) avec CBt(pmh) : critère de bruit au point mort haut de rang pmh. Cg(pmh) : couple gaz calculé pour tous les cylindres, au point mort haut de rang pmh. a : coefficient de filtrage. 3. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le critère de bruit (CBt) quantifie le bruit du couple gaz (Cgc) calculé pour chaque cylindre (C) par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre la valeur instantanée du couple gaz (Cgc) et la valeur filtrée (clic) après chaque combustion dans le cylindre considéré, selon l'équation CBc(pmhc) = CBc(pmhc-l)+a.lCgc(pmhc)-clgc(pmhc) i avec CBc(pmhc) : critère de bruit au point mort haut de rang pmhc du cylindre (C), Cgc(pmhc) : couple gaz calculé pour le cylindre (C) au point mort haut de rang pmhc, a : coefficient de filtrage, et en ce que les critères de bruit pour chaque cylindre (C) sont additionnés pour délivrés le critère de bruit (CBt) du couple gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang (pmh), à comparer au seuil (Smr) m étant le nombre de cylindres du moteur. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le critère de bruit (CBt) quantifie le bruit du couple gaz (Cgc) calculé pour chaque cylindre (C), par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeurs extrêmes du couple instantané calculé (Cgc) après chaque combustion dans le cylindre considéré, selon l'équation CBc(pmhc) = CBc(pmhc-l)+a. Cg,(pmhc) Cgc(pmhc-l) et en ce que les critères de bruit pour chaque cylindre sont additionnés pour délivrer le critère de bruit (CBt) du couple gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang (pmh), à comparer au seuil m étant le nombre de cylindres. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bruit (CBt) quantifie le bruit du couple gaz (Cgc) calculé pour chaque cylindre a(c), par filtrage du premier ordre de l'écart absolu entre les valeur extrêmes du couple instantané calculé (Cgc) après chaque combustion dans le cylindre considéré, selon l'équation CBc(pmhc) = CBc(pmhc-l)+a. ICgc(pmhc)Cgc(pmhcl) i et en ce que les critères de bruit pour chaque cylindre sont additionnés, puis leur somme est divisée par la valeur de la chute de couple (suc) attendue en fonction du régime moteur (N) et de la pression (P) dans le collecteur, pour délivrer le critère de bruit (CBt) du couple moyen gaz, produit à chaque combustion au point mort haut de rang (pmh), à comparer au seuil (Smr) : m étant le nombre de cylindres. 6. Procédé selon l'une des revendication 1 à 5, associé à une détection des ratés de combustion par analyse du couple gaz du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une étape d'inhibition de la phase de détection des ratés de combustion pendant une période déterminée à partir de la détection d'une perturbation anormale du couple par dépassement du seuil (sur) par le critère de bruit de couple (CBt) jusqu'à cessation de cette perturbation. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une étape d'inhibition rétroactive de la détection des ratés de combustion sur une période précédant ledit dépassement du seuil (Smr), déterminée suivant les conditions de fonctionnement du moteur. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape d'inhibition consiste à annuler les fenêtres d'analyse du couple gaz en cours. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'inhibition rétroactive consiste à annuler les fenêtres d'analyse du couple gaz précédant le dépassement du seuil (sur). 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'inhibition rétroactive consiste à diminuer le nombre de ratés de combustion détectés, déjà comptabilisés, d'un nombre prédéfini suivant les conditions de fonctionnement du moteur. 11. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le seuil (sur) de comparaison du critère de bruit est fonction des caractéristiques de fonctionnement du moteur, notamment le régime, la charge, ou le rapport engagé de la boîte de vitesses. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le calcul du critère de bruit est réalisé par un filtrage de premier ordre introduisant un temps de réponse qui est fonction de la formulation et du facteur de filtrage (a) adaptés.