Brevet FR2869992A1 — publié le 20051111

La présente invention concerne un procédé et un système associé comprenant une carte électronique dénommée TIMER PCI permettant de piloter de manière universelle tout type de moteur à combustion interne, 2 ou 4 temps, essence (mono et multi-étincelles), diesel (mono et multi- injections) selon une distribution étendue jusqu'à quatre cylindres par carte. Jusqu'à présent, le pilotage d'un moteur se faisait, soit en utilisant des calculateurs du commerce dédiés à un usage grand public dont l'exploitation est limitée au domaine de fonctionnement du moteur défini par le constructeur automobile, soit en utilisant des équipements de contrôle spécifiques de bancs d'essais moteur R&D dont se servent les équipementiers automobiles pour développer toutes les stratégies de contrôle moteur et dont l'exploitation est limitée à une marque automobile. Au contraire, le système et le procédé selon l'invention présentent les avantages de disposer d'un moyen de pilotage universel de tout type de moteur en toute indépendance du constructeur automobile et/ou de l'équipementier associé et offrant un moyen d'exploitation ouvert à toutes les perspectives de développement des stratégies de contrôle moteur en s'appuyant sur la puissance croissante des micro-ordinateurs compatibles PC. 2 2869992 Ainsi, la présente invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur. Selon le procédé, on effectue les étapes suivantes: - on génère dans ledit composant un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - on génère par le composant des impulsions de commande d'un actionneur, 10 lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un même cylindre, - on effectue un multiplexage desdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, - on commande au moins l'un des actionneur lié à l'une des sorties physiques de 15 la carte spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. Les impulsions peuvent être distribuées dans un ordre quelconque sur une ou plusieurs sorties. La synchronisation peut être obtenue à partir d'au moins l'un des capteurs 20 suivants: pour un moteur 2 temps: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. *pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins un codeur angulaire, ou une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. 3 2869992 L'invention concerne également un système de pilotage d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur. Dans le système, le composant comprend des moyens programmés pour: - générer un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - générer des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant 10 paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un cylindre, - multiplexer lesdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, - commander au moins l'un des actionneurs relié à l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. 15 Les moyens de synchronisation peuvent comprendre: - pour un moteur 2 temps au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin 20 moteur. L'actionneur peut être: un injecteur, une bougie d'allumage, une commande électromagnétique de soupape, un tir de caméra LASER. On peut générer au moins huit impulsions de commande par cylindre. Il peut y avoir au moins quatre sorties physiques spécifiques à chaque cylindre. 4 2869992 La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, nullement limitatif, illustrée par les figures ciaprès annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement la mise en oeuvre de l'invention, 5 la figure 2 décrit la structure et l'organisation des moyens de l'invention. - la figure 3 montre un exemple de génération de signaux. La figure 1 montre un moteur 2 piloté à l'aide d'un ordinateur 1 de type PC qui comporte une carte électronique 3 de type TIMER PCI. Le système est synchronisé sur les signaux d'un système de codification angulaire 9. Le système de codification peut être, soit un codeur angulaire délivrant une information "top tour" et une information "top angulaire" de résolution égale à 1 V, 1/2 V, 1/5 V ou 1/10 V sachant que le symbole V indique degré vilebrequin , soit une cible véhicule de type 58X , c'est à dire présentant 60 dents de résolution 6 V dont 2 dents consécutives sont absentes, fixé sur le vilebrequin du moteur 2. Un deuxième capteur de synchronisation 10 lié à l'arbre à cames permet d'assurer la reconnaissance du tour du cylindre de référence (traditionnellement le cylindre n 1) pour un moteur quatre temps dont le cycle de combustion est égal à deux tours. La référence 12 désigne un bloc de conditionnement et de mise en forme des signaux de la codification angulaire. La carte TIMER PCI est au format standard du bus PCI d'un microordinateur compatible PC. Elle est chargée de générer les impulsions de commande d' actionneurs (par exemple sur la figure 1: les injecteurs de carburant 7, les bougies d'allumage 6) via des interfaces de puissances dédiées, par exemple un générateur d'étincelles 4 par un multi-conducteur 13 ou une interface de puissance d'injection 11 par un multi- conducteur 8, eux-mêmes reliés à la carte par un multi-conducteur 5. 2869992 La carte TIMER PCI se compose pour l'essentiel d'un composant de logique programmable de type FPGA (Field Programmable Gate Array), d'un composant réalisant l'interface avec le bus PCI du micro-ordinateur compatible PC, de circuits assurant l'isolation galvanique des entrées/sorties et de circuits fournissant les 5 alimentations nécessaires. Le composant FPGA contient l'ensemble des fonctionnalités réalisées par la carte TIMER PCI. Elles sont décrites en langage VHDL (Very High Speed Integrated Circuit VHSIC Hardware Description Language). L'organisation de ces fonctionnalités constitue le coeur de la présente invention. Elle permet de générer jusqu'à 8 impulsions de commande par cylindre par cycle moteur, pour un moteur 2 ou 4 temps essence ou diesel jusqu'à 4 cylindres. Cette architecture est basée sur la prise en compte de 4 entrées logiques complexes de synchronisation issues d'une part, d'un système de codification angulaire du vilebrequin moteur tel que un codeur angulaire ou une cible véhicule 58X, et d'autre part, d'un capteur AAC (Arbre A Cames) de tout type. Elle permet de commander 16 sorties logiques complexes isolées galvaniquement (découplage des masses) pour la génération des impulsions de commande (4 sorties par cylindre). Chaque impulsion de commande est paramétrée pour chaque cycle moteur par un phasage et une durée. Le phasage est toujours exprimé en degré vilebrequin V selon une précision angulaire sélectionnée (1 V, 1/2 V, 1/5 V ou 1/10 V). La durée peut être exprimée en degré vilebrequin V selon une précision angulaire sélectionnée (1 V, 1/2 V, 1/5 V ou 1/10 V) ou selon une précision temporelle sélectionnée exprimée en microseconde ( s). L'objet de cette invention réside dans le concept de l'organisation des 25 fonctionnalités VHDL du composant FPGA de la carte TIMER PCI. Il permet de piloter 6 2869992 de manière universelle tout type de moteur 2 ou 4 temps, essence ou diesel, mufti-injections ou multi-étincelles selon un arrangement allant de 1 à 4 cylindres par carte TIMER PCI. Plusieurs cartes TIMER PCI peuvent être associées pour répondre à un arrangement supérieur à 4 cylindres. Le concept adopté associe à chaque cylindre une référence propre appelée PMH Combustion (Point Mort Haut Combustion), sachant que l'ordre de fonctionnement des cylindres d'un moteur 4 temps est 1/3/4/2. Les 8 impulsions de commande (par voie ou par cylindre) sont programmables en phase et en durée par rapport à leur PMH combustion respectif. La figure 2 montre un schéma bloc du composant FPGA qui expose le concept adopté. Il se décompose en quatre sous-ensembles totalement identiques (du cylindre 1 au cylindre 4). Chacun de ces schémas blocs est composé de: -une génération (GEN-PMH) d'un PMH propre au cylindre considéré (PMH1, PMH2, PMH3, PMH4), dans laquelle: É E1: entrée du signal top angulaire du codeur angulaire (1 V, 1/2 V, 1/5 V ou 1/10 V); É E2: entrée du signal AAC du capteur Arbre A Cames. É E3: entrée du signal top tour du codeur angulaire. É E4: entrée du signal de la cible véhicule 58X (roue de 60 dents dont 2 dents consécutives sont absentes). -une génération (GEN1-4) de 8 impulsions indépendantes spécifiquement rattachées au cylindre considéré, Fxy représentant un signal interne caractérisé par la 7 2869992 présence d'une impulsion définie par un phasage et une durée par cyclé moteur sur le cylindre considéré x, y de 1 à 8. -un multiplexage (MULT) des 8 impulsions précédentes afin d'assurer une distribution de celles-ci sur chacune des 4 sorties physiques, spécifiquement rattachées au cylindre considéré, Sxz: sortie z (1-4) d'un signal pouvant être la combinaison des signaux Fxy par cycle moteur sur le cylindre x Cette distribution peut être opérée de manière souple par programmation et permet d'orienter de 0 à 8 impulsions, dans un ordre quelconque, sur n'importe laquelle des quatre sorties physiques. Par impulsion, on désigne le protocole élémentaire de commande d'un actionneur. Ladite impulsion se caractérise par la combinaison de deux paramètres: le "phasage" qui désigne la position angulaire du début ou de la fin de la commande de l'actionneur sur le cycle moteur considéré, la "durée" qui désigne, à partir du "phasage" ci-dessus, l'instant d'arrêt de la commande de l'actionneur sur le cycle moteur considéré. La figure 3 montre un exemple de génération d'un signal S11 combinaison des signaux Fil, F12, F13 et F14 sur le référentiel PMH1 correspondant au cylindre 1. Le référentiel PMH1 est constitué à partir des références E2 (AAC) et E3 (Top tour). On décrit ci-après deux exemples qui démontrent la flexibilité d'une telle organisation. Exemple n 1: pilotage d'un moteur 4 cylindres essence 4 temps traditionnel. Le pilotage de ce moteur s'effectue à travers la commande de 4 bobines d'allumage et de 4 injecteurs. Chacun de ces 8 actionneurs nécessite la mise à 25 disposition d'une sortie logique de la carte TIMER PCI. Enfin, chacune de ces 8 sorties 8 2869992 logiques doit présenter une impulsion élémentaire de commande caractérisée par le paramétrage de son phasage et de sa durée. Le paramétrage logiciel de la carte TIMER PCI à partir du microordinateur compatible PC va donc consister à générer deux impulsions par cylindres et à affecter chacune de ces deux impulsions sur une sortie logique distincte. Ainsi, le pilotage du moteur considéré aura pu être réalisé sans aucune modification matérielle de la carte TIMER PCI. Exemple n 2: pilotage d'un moteur 4 cylindres diesel, Common Rail 4 temps à 10 injections multiples (8 injections par cycle moteur). Le pilotage de ce moteur s'effectue à travers la commande de 4 injecteurs. Chacun de ces quatre actionneurs nécessite la mise à disposition d'une sortie logique de la carte TIMER PCI. Enfin, chacune de ces 4 sorties logiques doit présenter un ensemble de 8 impulsions élémentaires de commande caractérisées par le paramétrage de leur phasage et de leur durée. Le paramétrage logiciel de la carte TIMER PCI par le micro-ordinateur compatible PC va donc consister à générer 8 impulsions par cylindres et à affecter l'ensemble de ces huit impulsions sur 1 seule sortie logique. Ainsi, le pilotage du moteur considéré aura pu être réaliser sans aucune modification matérielle de la carte REVENDICATIONS 1) Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur, caractérisé en qu'on effectue les étapes suivantes: - on génère dans ledit composant un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des cylindres, - on génère par le composant des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un même cylindre, - on effectue un multiplexage desdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, - on commande au moins l'un des actionneur lié à l'une des sorties physiques de la carte spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites impulsions sont distribuées 20 dans un ordre quelconque sur une ou plusieurs sorties. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la synchronisation est obtenue à partir d'au moins l'un des capteurs suivants: * pour un moteur 2 temps: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. * pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins: un codeur angulaire, ou une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. 4) Système de pilotage d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un actionneur lié à un organe de fonctionnement dudit moteur, une carte électronique comprenant un composant de logique programmable FPGA, des moyens de synchronisation de ladite carte en fonction du cycle moteur, caractérisé en que ledit composant comprend des moyens programmés pour: générer un point de référence angulaire dans le cycle moteur pour chacun des 10 cylindres, - générer des impulsions de commande d'un actionneur, lesdites impulsions étant paramétrables en phase et en durée, indépendantes et rattachées à un cylindre, - multiplexer lesdites impulsions pour les distribuer sur au moins l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, - commander au moins l'un des actionneurs relié à l'une des sorties physiques spécifiques pour le cylindre considéré, par au moins une des impulsions de commande. 5) Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens de synchronisation comprennent: * pour un moteur 2 temps, au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. * pour un moteur 4 temps: un capteur d'arbre à cames et au moins l'un des capteurs suivants: un codeur angulaire, une cible véhicule 58X sur le vilebrequin moteur. 6) Système selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'actionneur est: un injecteur, une bougie d'allumage, une commande électromagnétique de soupape, un tir de caméra LASER. 7) Système selon la revendication 4, dans lequel on génère au moins huit impulsions de commande par cylindre. 8) Système selon la revendication 4, dans lequel il y a au moins quatre sorties physiques spécifiques à chaque cylindre.