Brevet FR2870889A1 — publié le 20051202

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'optimisation de champs de caractéristiques pour commande un moteur à combustion interne, selon lequel on forme un modèle du moteur à combustion interne en effectuant des mesures sur le moteur à combustion interne et on re-présente la relation entre les grandeurs de sortie du moteur à combustion interne et les champs de caractéristiques à l'aide du modèle. Etat de la technique Selon le document DE 100 20 448 Al on connaît déjà un to procédé pour optimiser les champs de caractéristiques. Selon ce procédé on effectue des mesures sur le moteur à combustion interne pour former son modèle. Ce modèle est alors utilisé pour optimiser de manière proprement dite les champs de caractéristiques servant à commander le moteur à combustion interne. Le document DE 102 19 797 décrit un procédé d'optimisation de champs de caractéristiques tenant compte d'un lissage de ces champs de caractéristiques. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé d'optimisation de champs de caractéristiques du type défini cidessus, caractérisé en ce qu'on optimise en même temps d'une part la relation fonctionnelle entre les grandeurs de sortie du moteur à combustion interne et les champs de caractéristiques, et d'autre part le lissage des champs de caractéristiques. Avantageusement, à l'aide des champs de caractéristiques on détermine les grandeurs de commande du moteur à combustion in-terne selon des états de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le procédé selon l'invention a l'avantage d'être plus économique pour générer des champs de caractéristiques lissés pour la commande d'un moteur à combustion interne. Si le modèle se compose de plusieurs modèles locaux pour différents états de fonctionnement sélectionnés, de préférence les modèles locaux sont des polynômes de préférence du second ordre représentant la relation entre les grandeurs de sortie du moteur à combustion interne et les grandeurs de commande. Par ailleurs, si l'optimisation tient compte des conditions auxiliaires concernant les grandeurs de sortie du moteur à combustion interne et les grandeurs de commande du moteur à combustion interne, avantageusement on tient compte des conditions auxiliaires en ce que certaines plages de grandeurs de sortie et/ou de grandeurs de commande ne sont pas autorisées, et/ou en influençant dans le modèle, certaines plages de grandeurs de sortie et/ou de grandeurs de commande. La commande par les champs de caractéristiques se fait d'une manière particulièrement simple en déterminant des grandeurs de commande du moteur à combustion interne selon les états de fonctionnement du moteur à combustion interne. Pour former le modèle on utilise d'une manière particulièrement simple un polynôme notamment du second ordre. Un tel modèle constitue une image particulièrement bonne du moteur à combustion interne si à chaque état de fonctionnement on associe son propre polynôme. En outre, l'optimisation tient compte des conditions auxiliaires relatives aux grandeurs de sortie et de commande du moteur à combustion interne. A cet effet, certaines plages de grandeurs de sortie ou de grandeurs de commande ne sont pas autorisées ou certaines plages de grandeurs de sortie ou de grandeurs de commande sont influencées de manière appropriée par les modèles. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins 20 annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un poste d'essai d'un moteur à combustion interne, la figure 2 montre la détermination d'un modèle de moteur à combustion interne, - la figure 3 montre les étapes du procédé de l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement un dispositif d'optimisation des champs de caractéristiques pour la commande d'un moteur à combustion interne. Un moteur à combustion interne 2 est commandé par des grandeurs de commande 12 et le moteur à combustion interne 2 engendre des grandeurs de sortie 13. Les grandeurs de com- mande 12 sont générées par un dispositif de commande 1 qui reçoit des états de fonctionnement 11. L'exploitation des grandeurs de sortie 13 du moteur à combustion interne est assurée par une unité d'exploitation 3. Les états de fonctionnement 12 sont les états de fonctionnement du moteur à combustion interne 2 tels que par exemple son régime et sa charge. D'autres états de fonctionnement du moteur à combustion interne 2 peuvent être les conditions d'environnement externe par exemple la température de l'air, la pression de l'air ou analogue. Les termes charge et régime seront utilisés dans les explications données ci-après comme synonymes d'état de fonctionnement. Selon ces états de fonctionnement 11, le dispositif de commande 1 détermine les grandeurs de commande 12. Les grandeurs de commande 12 peuvent représenter un grand nombre de grandeurs influençant le fonctionnement du moteur à combustion in-terne 2. Des grandeurs de commande caractéristiques sont par exemple l'angle d'allumage, le début de l'injection, le taux ou coefficient de réintroduction des gaz d'échappement, la pression dans la conduite d'admission Io ou la position du volet d'étranglement, la pression de charge d'un turbo-compresseur et d'autres grandeurs de commande. En particulier dans les moteurs à essence actuels avec injection directe de carburant, on dispose d'un grand nombre de grandeurs de commande pour influencer le moteur à combustion interne 2. Selon les grandeurs de commande ou les états de fonctionnement on influence la combustion dans le moteur à combustion interne 2 ce qui peut se contrôler par les grandeurs de sortie 13 mesurables. De telles grandeurs de sortie 13 sont par exemple le couple fourni par le moteur à combustion interne ou sa puissance, la consommation, la régularité de fonctionnement ou l'irrégularité de fonctionnement ainsi que d'autres grandeurs de sortie. Le but de l'optimisation est de déterminer pour chaque état de fonctionnement 11, les grandeurs de commande 12 aboutissant aux grandeurs de sortie optimales 13. Comme en partie les conditions relatives aux différentes grandeurs de sortie 13 entrent en concurrence, il faut pondérer les unes par rapport aux autres les grandeurs de sortie, c'est-àdire qu'il faut déterminer par optimisation le rapport entre les grandeurs de sortie et déterminer dans quelle mesure une grandeur de commande peut être améliorée au détriment d'autres grandeurs de commande. En particulier il faut respecter des conditions réglementai- res concernant l'émission des gaz d'échappement dont il faut tenir compte comme conditions accessoires pour l'optimisation. En outre, on ne peut modifier de manière quelconque toutes les grandeurs de commande 12 car les organes d'actionnement correspondants ou actionneurs sont soumis à des limites de plages de fonctionnement. Ces limitations relatives aux grandeurs d'actionnement ou de réglage doivent être ainsi prises en compte comme conditions auxiliaires pour l'optimisation. Pour optimiser il est prévu un moyen d'optimisation 4 relié par une ligne de transmission de données 21 au circuit de traitement de signal 3. Cette ligne de transmission de données 21 transmet les grandeurs de sortie 13 mesurées par le moyen de traitement de signal 3 et qui auront éventuellement également été traitées pour être fournies au moyen d'optimisation 4. En outre, le moyen d'optimisation 4 est relié par des lignes de transmission de don- nées 22, 23 au dispositif de commande 1. Cette transmission de données permet au moyen d'optimisation 4 de modifier le dispositif de commande 1 en particulier la détermination des grandeurs de sortie 12 suivant les états de fonctionnement 11. De plus, le moyen d'optimisation reçoit par la ligne 23 les états de fonctionnement 11 et les grandeurs de commande 12 utilisées. Pour optimiser on peut utiliser un moteur à combustion interne 2 réel dans le dispositif de la figure 1. La commande d'un moteur à combustion interne réel dans un poste de contrôle de moteurs ou dans un véhicule automobile consiste à faire calculer par un appareil de corn- mande correspondant des grandeurs de commande 12 selon les états de fonctionnement 11. Le calcul des grandeurs de commande 12 se fait en utilisant des champs de caractéristiques, c'est-à-dire des jeux de données qui associent différentes conditions d'entrée à des conditions de sortie. Ces jeux de données enregistrés en mémoire peuvent représenter d'une manière particulièrement simple des relations complexes entre les données d'entrée et les données de sortie par des positions d'appui correspon- dantes; les données de sortie appropriées se déterminent par interpolation ou positions situées entre les points d'appui. L'utilisation de tels champs de caractéristiques n'exige pas pour l'appareil de commande de calculer des fonctions mathématiques complexes ce qui améliore la sé- curité de fonctionnement et aussi la vitesse à laquelle on obtient les gran- deurs de commande 12. Par l'optimisation appliquée à un moteur à combustion interne réel 2, on utilise habituellement comme dispositif de commande 1, un appareil de commande se distinguant de l'appareil de commande normal de série en ce qu'il permet de modifier les données dans les champs de caractéristiques. Cela est assuré par le moyen d'optimisation 4. En variante, l'appareil de commande peut également être constitué par un programme dans le calculateur. Les calculs se font dans ce cas également à l'aide de champs de caractéristiques enregistrés en mémoire. En modifiant les données des champs de caractéristiques dans le dispositif de commande 1 on peut optimiser les champs de caractéristi- ques en considérant les grandeurs de sortie 13. Pour cela le moyen d'optimisation 4 modifie les champs de caractéristiques des dispositifs de commande 1 et examine si les grandeurs de sortie correspondantes telles que par exemple la consommation ou la nature des gaz d'échappement peuvent être modifiées de manière positive par variation. Mais à cause du grand nombre de grandeurs de commande, ce procédé demande beaucoup de temps. Le document DE 100 20 448 propose l'utilisation d'un moteur à combustion interne virtuel 2. Un tel moteur à combustion interne virtuel 2 est un modèle mathématique donnant les relations entre les grandeurs de sortie 13 et les grandeurs de commande 12 et les états de to fonctionnement 11. Ce modèle de calcul s'obtient à partir de mesures faites sur un moteur à combustion interne réel 2. L'avantage est que le modèle s'obtient d'une manière beaucoup plus simple qu'une optimisation de toutes les grandeurs de commande car les relations fonctionnelles entre les grandeurs de commande et les grandeurs de sortie 13 peuvent être définies par un nombre plus réduit de mesures dans le cadre du modèle prédéfini. Si par ces mesures on forme un modèle virtuel de moteur à combustion interne, on obtient l'optimisation proprement dite des champs de caractéristiques servant ultérieurement au dispositif de commande 1 à commander des moteurs à combustion interne réels en partant de ce mo- teur à combustion interne virtuel. Cela signifie que l'on utilise également un dispositif de commande qui calcule comme un appareil de commande série, terminé, les grandeurs de commande 12 en utilisant des champs de caractéristiques. A l'aide du moteur à combustion interne virtuel 2 on examine alors comment en modifiant les champs de caractéristiques du dispositif de commande 1 on peut optimiser les grandeurs de sortie 13. Comme on n'utilise pas un moteur à combustion interne réel mais un moteur à combustion interne virtuel, on peut exécuter cette opération en totalité dans un calculateur ce qui se fera d'une manière beaucoup plus rapide et plus économique car il ne faut aucun banc d'essai pour le mo- teur à combustion interne. En principe on utilise ici le modèle de calcul du moteur à combustion interne virtuel 2 pour optimiser le modèle de cal- cul de l'appareil de commande série à l'aide de champs de caractéristiques. Le modèle de calcul du moteur à combustion interne virtuel 2 nécessite toutefois une puissance de calcul car cela dépasse de loin les capacités d'un appareil de commande normal de moteur. Le moteur à combustion interne virtuel 2 ne constitue ainsi qu'un moyen de développement et ne permet pas de remplacer les appareils de commande de moteurs actuels utilisant des champs de caractéristiques. En déterminant les champs de caractéristiques du dispositif de commande 1, en plus de l'optimisation des grandeurs de sortie 13 par le choix de grandeurs de commande correctes 12 suivant l'état de fonctionnement respectif 11 on tient également compte du lissage des champs de caractéristiques dans l'appareil de commande 1. Pour cela on calcule le lissage à partir d'une relation de voisinage des points d'appui des différents champs de caractéristiques. On peut tenir compte soit uniquement du voisinage immédiat de chaque point d'appui soit également de points d'appui d'un voisinage plus éloigné. En outre, les différents points d'appui to des champs de caractéristiques sont liés et peuvent influencer les grandeurs de sortie. Il faut pour cela prendre une considération globale, c'est-à-dire lisser tous les champs de caractéristiques et tenir compte de la relation de toutes les grandeurs de sortie 13 par rapport aux champs de caractéristiques en commun dans une optimisation. Pour cela, on effectue une optimisation mathématique commune ou simultanée de toutes les grandeurs considérées, c'est-à-dire que l'on effectue le lissage de tous les champs de caractéristiques et de toutes les grandeurs de sortie 13. L'influence respective des différents composants est prise en compte par des coefficients de pondération appropriés. On peut ainsi pondérer diffé- remment l'influence de certaines grandeurs. On peut par exemple pondérer plus fortement le lissage du champ de caractéristiques de l'angle d'allumage que celui d'un autre champ de caractéristiques. On peut également pondérer les différentes grandeurs de sortie 13 entre elles ou par rapport au lissage des champs de caractéristiques. Par exemple, il est parfaitement possible d'attribuer à l'émission de gaz d'échappement un poids plus important que celui attribué à la consommation. En lissant les champs de caractéristiques on évite un va-et-vient des grandeurs de commande 12 pour de faibles variations des états de fonctionnement 11. Comme les valeurs sont interpolées entre les points d'appui des champs de caractéristiques, en parcourant le champ de caractéristiques en mode dynamique ou pour une variation pendulaire d'un certain état de fonctionnement à un autre, on avait des sauts, et des dispersions non raisonnables des grandeurs de commande 12, qui détérioreraient le fonctionnement du moteur à combustion interne réel par le dispositif de commande 1. C'est pourquoi l'invention propose non seulement d'optimiser les grandeurs de sortie 13 mais également de lisser les champs de caractéristiques selon une optimisation commune. La figure 2 montre comment des mesures effectuées sur un moteur à combustion interne réel 2 permettent d'obtenir les paramètres d'un moteur à combustion interne virtuel tel que celui utilisé selon la figure 1 pour optimiser le dispositif de commande 1. Les références 2, 3, 11, 12, 13, 21 désignent les mêmes objets qu'à la figure 1; pour le moteur à combustion interne 2 on a néanmoins un moteur à combustion interne réel et non un moteur à combustion interne virtuel. Suivant les état de fonctionnement 11 on génère des signaux de commande 12 pour commander le moteur à combustion interne 2 et le comportement correspon- I o dant du moteur à combustion interne est saisi par le moyen de traitement de signal 3 à l'aide des grandeurs de sortie 13 pour être fourni en retour à un calculateur 5 par une ligne de transmission de données 21. Le calculateur 5 contient en mémoire un modèle de moteur à combustion interne qui associe des grandeurs de sortie 13 aux différentes combinaisons pos- sibles des grandeurs de commande 12 et des états de fonctionnement 11. Il est par exemple connu que pour un réglage de l'angle d'allumage dans le sens de l'avance, on augmente le couple fourni par le moteur 2. Mais si l'angle d'allumage est trop avancé, la combustion se fait avec cliquetis ce qui risque de détruire le moteur. Même si la relation de principe entre l'angle d'allumage et le couple est connue, on ne connaît néanmoins pas la relation pratique, c'est-à-dire de l'amplitude suivant laquelle on peut avancer l'angle d'allumage d'un moteur réel mais en revanche il faut trouver par des mesures concrètes effectuées sur chaque moteur à combustion interne. C'est pourquoi il est nécessaire de détermi- ner les paramètres concrets du modèle. Si on connaît alors ses paramètres, le modèle mathématique enregistré dans le calculateur 5 permet de déterminer rapidement le fonctionnement du moteur à combustion interne réel 2 et d'une manière simple en effectuant des calculs appropriés. Ainsi, si le modèle du moteur à combustion interne virtuel 2 a été obtenu par des mesures effectuées sur un moteur à combustion interne réel 2, on peut utiliser ce modèle pour optimiser comme cela a été décrit à la figure 1. Un modèle mathématique particulièrement simple consiste à former chaque fois un modèle local pour une série d'états de fonction- nement, modèle pour lequel les grandeurs de sortie 13 dépendent des grandeurs de commande 12 selon un polynôme. Pour déterminer le mo- dèle on sélectionne tout d'abord des états de fonctionnement donnés 11 avec lesquels on forme les modèles locaux. Un exemple d'un état de fonc- tionnement 11 est le ralenti, c'est-à-dire le régime = ralenti et l'absence de demande de charge par le conducteur. Pour chaque état de fonctionne-ment voisin on détermine alors les coefficients d'un polynôme qui indiquent alors la relation entre les grandeurs de commande 12 et les grandeurs de sortie 13. Dans ce modèle local on représente la relation entre les grandeurs de commande S1, S2, S3 et les grandeurs de sortie Al, A2, ...sous la forme d'un polynôme par exemple d'un polynôme du second ordre: Al = K1,0 + Kl,l * Si + K1,2 * S12 + K1,3 * S2 + K1,4 * S22 + K1, 5* S1 * S2+K1,6*S3+... A2=K2,O+K2,1 * S1 + K2,2 * S12 + K2,3 * S2 + K2,4 * S22 + K2,5 * S1 * S2+ 1K2,6*S3+... is A côté des polynômes (même d'ordre supérieur) on peut également utiliser n'importe quelle autre fonction mathématique représentant la relation entre les grandeurs de commande et les grandeurs de sortie. Pour déterminer la grandeur de commande Al pour cet état de fonctionnement déterminé (point de charge, régime) par une variation appropriée des variables de commande S1, S2, etc... on peut définir un calcul de régression approprié pour les valeurs des coefficients 1(1,0, K11. Pour cet état de fonctionnement on peut déterminer d'une manière relativement simple quelle est la relation entre les appareils de commande et la grandeur de sortie A. En mesurant un grand nombre de combinaisons de charges et de vitesses de rotation on détermine un grand nombre de modèles locaux formant globalement un modèle du moteur à combustion interne indiquant par une autre plage de charge, vitesse de rotation, la relation entre les grandeurs de commande S et les grandeurs de sortie A. Il n'est pas nécessaire de connaître de manière précise les relations physiques entre les grandeurs de sortie et les grandeurs de commande. Dans le choix du point de charge et du point de rotation (régime) auquel on veut effectuer les mesures, il faut tenir compte tout particulièrement de certains états de fonctionnement particulièrement si- gnificatifs pour le fonctionnement ultérieur du moteur à combustion in- terne. Le temps consacré aux mesures des coefficients est relativement faible par comparaison aux mesures nécessaires sur un moteur à com- bustion interne réel pour optimiser les champs de caractéristiques dans le dispositif de commande 1. Après avoir défini les coefficients du modèle on peut alors optimiser le dispositif de commande 1 comme cela a été présenté à la figure 1, c'est-à-dire que l'on utilise le modèle pour optimiser les champs de caractéristiques dans le dispositif de commande 1. La figure 3 montre le déroulement d'un procédé d'optimisation des champs de caractéristiques d'un dispositif de commande 1. Dans une première étape 101 on sélectionne les états de fonctionnement utilisés pour former le modèle. Les états de fonctionnement ainsi sélectionnés doivent non seulement couvrir l'ensemble de la plage globale possible des états de fonctionnement 11 du moteur à combustion to interne et dans les zones dans lesquelles le moteur à combustion interne 2 fonctionne d'une manière particulièrement efficace, on veut augmenter le nombre d'états de fonctionnement 11 à analyser. Après avoir fixé les états de fonctionnement 12 à analyser, alors l'étape 102 on détermine les para- mètres du modèle dans un dispositif comme celui présenté à la figure 2. Pour cette mesure effectuée sur moteur à combustion interne réel on détermine préalablement les paramètres du modèle aux états de fonctionnement 11 prédéfinis. Dans l'étape 103 on optimise les champs de caractéristiques dans le dispositif de commande 1 comme cela est représenté à la figure 1. Le moteur à combustion interne 2 est dans ces condi- tions formé par une cloison mobile 2. Cette opération peut également se faire complètement dans un calculateur qui forme l'image du fonctionne- ment interne du dispositif de commande 1, c'est-à-dire le calcul des grandeurs de commande 12 suivant les états de fonctionnement 11 par des prescriptions de calcul correspondantes. En principe on optimise ensuite le dispositif de commande 1, de manière complète dans un calculateur; le premier modèle de calcul (moteur virtuel) est utilisé pour optimiser un second modèle de calcul (dispositif de commande 1). Après cette optimisation, dans l'étape 104 on transmet les valeurs ainsi trouvées des champs de caractéristiques à un dispositif de commande 1, réel, et on peut ensuite l'utiliser pour faire fonctionner le moteur à combustion interne réel 2. io REVENDICATIONS 1') Procédé d'optimisation de champs de caractéristiques pour commande un moteur à combustion interne (2), selon lequel on forme un modèle du moteur à combustion interne (2) en effectuant des mesures sur le moteur à combustion interne (2) et on représente la relation entre les grandeurs de sortie (13) du moteur à combustion interne (2) et les champs de caractéristiques à l'aide du modèle, caractérisé en ce qu' on optimise en même temps d'une part la relation fonctionnelle entre les lo grandeurs de sortie du moteur à combustion interne (2) et les champs de caractéristiques, et d'autre part le lissage des champs de caractéristiques. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à l'aide des champs de caractéristiques on détermine les grandeurs de commande (12) du moteur à combustion interne (2) selon des états de fonctionnement (11) du moteur à combustion interne (2). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle se compose de plusieurs modèles locaux pour différents états de fonctionnement sélectionnés. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les modèles locaux sont des polynômes de préférence du second ordre re-présentant la relation entre les grandeurs de sortie (13) du moteur à combustion interne (2) et les grandeurs de commande (12). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'optimisation tient compte des conditions auxiliaires concernant les grandeurs de sortie (13) du moteur à combustion interne (2) et les grandeurs de commande (12) du moteur à combustion interne. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on tient compte des conditions auxiliaires en ce que certaines plages de grandeurs de sortie (13) et/ou de grandeurs de commande (12) ne sont pas autorisées. 7 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on tient compte des conditions auxiliaires en influençant dans le modèle, certaines plages de grandeurs de sortie (13) et/ou de grandeurs de corn- mande (12).