Brevet FR2867519A1 — publié le 20050916

Dispositif de pilotage de moteur comprenant un réseau de neurones. L'invention concerne le domaine des calculateurs à base de réseaux de neurones pour moteur à combustion interne. Le document FR-A-2 747 429 décrit un système de contrôle de moteur automobile prévu pour assurer une alimentation correcte du mélange airessence pendant toutes les phases de fonctionnement. La régulation du régime au ralenti doit assurer le démarrage du moteur, indépendamment de la température extérieure, réguler le régime à une consigne de régime stable et aussi faible que possible pour limiter la consommation de carburant, assurer une régulation souple lors des phases transitoires à l'accélération et décélération sans risque de calage et respecter les normes anti-pollution en favorisant la meilleure élimination possible des substances polluantes, notamment en utilisant les propriétés chimiques du pot catalytique. Le système de contrôle moteur, de type pression-régime, utilise un réseau de neurones délivrant la commande d'au moins un actionneur physique du moteur, comme le rapport cyclique d'ouverture, l'avance à l'allumage ou le temps d'injection. Le réseau neuronal peut être conçu par émulation d'un algorithme linéaire PID avec un apprentissage statique, ou par modélisation avec un apprentissage dynamique nécessitant l'utilisation d'un autre réseau de neurones pour élaborer un simulateur du moteur qui soit prédicteur de régime moteur au ralenti. Le système de contrôle comprend un calculateur électronique de commande du moteur relié à un capteur de régime et à un capteur de température d'eau et délivrant les commandes des actionneurs physiques du moteur pour réguler le régime du moteur, et un dispositif électronique de commande non linéaire constitué par un module de pré- traitement de données fournies par les capteurs, un réseau de neurones contrôleur et d'un module de pré-traitement relié à la sortie du réseau de neurones et délivrant la commande d'au moins un actionneur physique du moteur. Un tel système donne satisfaction. Par ailleurs, il s'avère que l'augmentation de la complexité des moteurs à combustion interne requiert l'utilisation de plus en plus fréquente de mddèles de certaines grandeurs physiques, soit parce qu'elles sont non mesurables ou bien parce qu'un capteur adapté coûte cher. Ces modèles sont généralement dynamiques, la sortie étant prédite aux fonctions des valeurs actuelles et passées des variables d'entrée. Ces modèles sont intégrés dans le calculateur de pilotage du moteur. Toutefois, le calculateur est limité en termes de mémoire et de puissance de calcul, là encore pour des raisons de coût. Il est donc souhaitable de limiter au maximum la complexité des modèles utilisés. La demanderesse s'est aperçue que, selon les conditions de fonctionnement du moteur, notamment le régime et la charge, l'historique à prendre en compte sur chacune des entrées du modèle, évolue. Par exemple, dans le cas d'un modèle de température des gaz d'échappement, au ralenti la température des gaz d'échappement dépend d'entrées plus anciennes dans le temps qu'à un régime du moteur élevé, car plus le débit d'air est important, plus le facteur d'oubli est important. La présente invention propose un système économique de prise en compte de l'historique des entrées, tout en conservant un modèle de haute qualité. Le dispositif de pilotage de moteur, selon un aspect de l'invention, comprend un réseau de neurones pourvu d'une pluralité d'entrées destinées à recevoir des données de fonctionnement du moteur pour modéliser au moins une grandeur physique dudit moteur. Le dispositif de pilotage comprend au moins un élément de retard disposé en amont du réseau de neurones pour tenir compte de l'historique de fonctionnement du moteur, et un élément de sélection de retard disposé en amont du réseau de neurones. On peut ainsi utiliser un réseau de neurones dont le nombre d'entrées est relativement faible, ce qui permet de réduire significativement sa complexité et donc son coût, dans la mesure où l'élément de sélection de retard permet d'envoyer sur une entrée du réseau de neurones une grandeur physique judicieusement décalée temporellement. Dans un mode de réalisation de l'invention, le nombre d'entrées du réseau de neurones est égal au nombre d'entrées en amont de l'élément de retard et de l'élément de sélection. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le nombre d'entrées du réseau de neurones est égal au nombre d'entrées en amont de l'élément de retard et de l'élément de sélection augmenté de un. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de retard est disposé en amont de l'élément de sélection. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de sélection est disposé en amont de l'élément de retard. On peut ainsi réduire le nombre d'éléments de retard. Avantageusement, l'élément de sélection comprend un réseau de neurones. Dans un mode de réalisation de l'invention, le retard de l'élément de retard est commandé par l'élément de sélection. On peut ainsi retarder une entrée déterminée d'un retard déterminé. Dans un mode de réalisation de l'invention, le réseau de neurones comprend une sortie de température des gaz d'échappement. On peut ainsi se passer de capteur de température des gaz d'échappement, d'où une économie intéressante et une simplification du montage et du câblage. Avantageusement, le retard est augmenté à faible régime. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma de principe de l'action des différentes variables du contrôle d'un moteur; -la figure 2 est un synoptique d'un premier exemple de réalisation d'un système neuronal de gestion de l'historique des entrées, selon un mode de réalisation de l'invention; et - les figures 3 à 7 montrent des variantes de la figure 2. Le contrôle d'un moteur réel d'un véhicule automobile est à plusieurs variables, représentées schématiquement sur la figure 1, comme le temps d'injection Ti ou durée d'ouverture des injecteurs 1 représentatif de la quantité d'essence injectée dans l'air pour former un mélange air-essence inflammable, et l'alimentation en air du mélange air-essence, assurée d'une part par le papillon 2 lié à la pédale d'accélérateur actionnée par le conducteur, et, d'autre part, par la vanne d'air additionnelle 3 permettant d'optimiser le mélange par un apport d'air commandé par le calculateur électronique de contrôle-commande. La commande de la vanne d'air additionnelle détermine le rapport cyclique d'ouverture correspondant au débit d'air passant par la vanne. Une autre commande principale est l'avance à l'allumage, Av, correspondant à l'instant d'éclatement de l'étincelle à l'extrémité des bougies 4, avant que le piston 5 ne soit remonté complètement dans le cylindre 6, afin d'obtenir un meilleur rendement mécanique de l'explosion. Cette commande est fournie au module de puissance d'allumage qui gère le système d'allumage. Le contrôle du moteur est aussi multidimensionnel, l'état du moteur étant décrit par le régime, la pression dans le collecteur, les températures d'eau et d'air, etc. Une fois déterminées, les calibrations des paramètres de contrôle constituent les cartographies du moteur. Comme on peut le voir sur la figure 2, un réseau de neurones 7 formant partie d'un calculateur, est associé à un élément de sélection de retard 8, un élément de sélection de fonction 9 prévu pour commander l'élément de sélection de retard 8, une pluralité d'éléments de retard 10 à 12, dont on comprendra que le nombre est adapté à l'application choisie. Il est prévu trois entrées, référencées 13 à 15, et une sortie du réseau de neurones, référencée 16. L'entrée 13 est reliée à l'entrée de l'élément de retard 12, à une entrée de l'élément de sélection de retard 8, et à une entrée de l'élément de sélection de fonction 9. La sortie de l'élément de retard 12 est reliée à l'entrée de l'élément de retard 11 et à une entrée de l'élément de sélection de retard 8. La sortie de l'élément de retard 11 est reliée à l'entrée de l'élément de retard suivante, ici l'élément de retard 10, et à une entrée de l'élément de sélection de retard 8. La sortie de l'élément de retard 10 est reliée à une entrée du réseau de neurones 7 prévue pour recevoir le signal présent sur l'entrée 13, de façon retardée, et une entrée de l'élément de sélection de retard 8. L'entrée 14 est reliée à une entrée du réseau de neurones 7 et l'entrée 15 est reliée à une entrée du réseau de neurones 7 et à deux entrées de l'élément de sélection de fonction 9. La sortie de l'élément de sélection de fonction 9 est reliée à l'entrée de commande de l'élément de sélection de retard 8. La sortie de l'élément de sélection de retard 8 est reliée à une entrée du réseau de neurones 7. Ladite entrée du réseau de neurones 7 reçoit le signal présent sur l'entrée 13, retardé ou non selon la commande reçue de l'élément de sélection de fonction 9. Ainsi, un système comprenant n éléments de retard peut fonctionner avec une entrée correspondante du réseau de neurones 7 et un élément de sélection de retard à n+l entrées de signal. Or, un tel élément de sélection de retard 8 est considérablement plus simple et plus économique qu'un réseau de neurones 7 pourvu de n entrées supplémentaires. Dans le cas où la grandeur de sortie est une température estimée de gaz d'échappement, l'élément de sélection de retard 8 comprend un moyen pour augmenter le décalage temporel à faible régime et le réduire à régime élevé, afin de tenir compte de l'évolution du facteur d'oubli en fonction du régime. L'élément de sélection de retard 8 peut être pourvu d'une cartographie à cet effet. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, il est prévu un seul élément de retard 10, qui présente ici la capacité à appliquer un retard déterminé par la commande qu'il reçoit, contrairement aux éléments retard 10 à 12 illustrés sur la figure 2 qui appliquent un retard unitaire de durée prédéterminée. L'entrée de commande de l'élément de retard 10 est ici reliée à la sortie d'un élément de sélection de retard 17 apte à émettre un signal de commande de retard en fonction des entrées 13 à 15, le signal de commande de retard contenant un ordre destiné à l'élément de retard 10 d'appliquer un retard d'une durée multiple d'une période de temps prédéterminée. Ce mode de réalisation est particulièrement économique en temps de calcul et en place mémoire, car seuls les décalages nécessaires au réseau de neurones 7 sont effectués. Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 se rapproche du 5 étalonnage automatique à partir d'essais d'une sélection d'historiques. On utilise donc le réseau de neurones 18 comme fonction de sélection pour appliquer un apprentissage sur l'ensemble. Dans cet exemple, le réseau de neurones 7 reçoit en entrée le signal sur l'entrée 13, le signal sur l'entrée 13 retardé de la durée voulue par l'élément de retard 10 commandé par le réseau de neurones 18, le signal sur l'entrée 14, le signal sur l'entrée 15 et le signal sur l'entrée 19. Bien entendu, d'autres entrées peuvent être prévues. Le mode de réalisation illustré sur la figure 5 est identique au précédent, à ceci près que les réseaux de neurones 7 et 18 ont été représentés comme tels. Le système peut alors être vu globalement comme un réseau de neurones avec des connexions spécifiques et avec une ou plusieurs fonctions d'activation différentes, et notamment une fonction d'activation de retard en 11z n ou, encore, des retards intermédiaires inclus dans le réseau. Une telle structure pourra faire l'objet d'un apprentissage par une méthode d'algorithme d'apprentissage et, ainsi, le choix du ou des retards peut être effectué automatiquement. Le mode de réalisation illustré sur la figure 6 se rapproche de celui illustré sur la figure 4, à ceci près qu'il est prévu un élément de retard supplémentaire 20 dont la commande est également assurée par la sortie du réseau de neurones 18 qui donne un vecteur de taille variable de décalage temporel à appliquer dans le cas, soit d'une application spécifique, soit d'un point de fonctionnement particulier, où le besoin d'un nombre plus important de sorties décalées temporellement existe. Les décalages appliqués par les éléments de retard 10 et 20 sont alors indépendants l'un de l'autre. précédent, à ceci près que l'élément de sélection de retard 17 est remplacé par un réseau de neurones 18, qui permet de réaliser un Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, il est prévu un élément de retard 10 commandé par le réseau de neurones 18 et un élément de retard supplémentaire 20 commandé par un réseau de neurones supplémentaire 21, de structure analogue à celle du réseau de neurones 18, ce qui permet une plus grande souplesse de fonctionnement. Grâce à l'invention, on bénéficie d'un calculateur de commande de moteur nécessitant une puissance de calcul et une mémoire de taille raisonnables tout en bénéficiant d'une estimation fiable de données d'entrée non mesurables ou onéreuses à mesurer. REVENDICATIONS 1-Dispositif de pilotage de moteur comprenant un réseau de neurones (7) pourvu d'une pluralité d'entrées destinées à recevoir des données de fonctionnement du moteur pour modéliser au moins une grandeur physique du moteur, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un élément de retard (10) disposé en amont du réseau de neurones (7) pour tenir compte de l'historique de fonctionnement du moteur et un élément de sélection de retard (8) disposé en amont du réseau de neurones. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le nombre d'entrées du réseau de neurones est égal au nombre d'entrées en amont de l'élément de retard (10) et de l'élément de sélection (8). 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le nombre d'entrées du réseau de neurones est égal au nombre d'entrées en amont de l'élément de retard (10) et de l'élément de sélection (8) augmenté de un. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de retard (10) est disposé en amont de l'élément de sélection (8). 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément de sélection (17) est disposé en amont de l'élément de retard (10). 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de sélection comprend un réseau de neurones (18). 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de retard (10) à retard commandé par l'élément de sélection (17). 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une sortie de température des gaz d'échappement. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de sélection de retard (8) comprend un moyen pour augmenter le décalage temporel à faible régime.