Brevet FR2880686A1 — publié le 20060714

Procédé d'estimation de la pression moyenne indiquée L'invention se rapporte à un procédé d'estimation de la pression moyenne indiquée d'un moteur à combustion interne. Le pilotage en couple des moteurs à combustion interne s'est généralisé. Toutefois, si ce contrôle est bouclé sur des mesures (pressions, richesses, températures...) et des modèles, l'estimation du couple du moteur et son pilotage sont toujours réalisés en boucle ouverte. Ceci induit une io imprécision sur le pilotage du couple de l'ordre de la combinaison des imprécisions des modèles utilisés. Ces erreurs peuvent être variables d'un point de fonctionnement du moteur à un autre. Dans l'optique d'un pilotage du couple moteur plus précis, par exemple pour améliorer ses performances, il serait souhaitable de disposer d'une mesure du couple fourni par le moteur. La PMI, calculée à partir de mesures de pression cylindres, est l'indicateur classiquement utilisé pour mesurer le couple issu de la combustion d'un moteur à combustion interne. Cependant, la combustion dans un moteur n'est pas stable, et le calcul de la PMI doit donc être moyenné sur plusieurs cycles de combustion, typiquement 100 à 200 cycles, afin de s'affranchir des dispersions cycliques de combustion. Ceci est réalisé classiquement pour d'une part caractériser le couple fourni par la combustion sur un point de fonctionnement moteur stabilisé, et d'autre part, caractériser la stabilité de combustion du même point. Le calcul d'une PMI moyenne, s'il est bien représentatif du point de fonctionnement considéré, ne peut pas être utilisé sur des transitoires de couple, et donc ne répond pas complètement à tous les besoins de contrôle des moteurs. Un objectif de l'invention est d'estimer la PMI caractéristique du point de fonctionnement moteur sans effectuer une moyenne sur de trop nombreux cycles. L'invention vise à répondre au problème du pilotage en boucle fermée du couple d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne ainsi la connaissance du couple fourni par un moteur à combustion interne à pistons classiques, instrumentés d'au moins un capteur de pression cylindre. L'invention se propose de fournir une estimation de la PMI io (pression moyenne indiquée) et par là même le CMI (couple moyen indiqué) en s'affranchissant des dispersions cycliques. Classiquement, la PMI se calcule sur un cycle de moteur, elle représente la pression moyenne fournie par le moteur durant le cycle. Cette pression ne prend pas en compte les pressions dues aux frottements. Plus précisément, on a la relation suivante: PMI = PME + PMF Dans laquelle la PME = pression moyenne effective et, la PMF = pression moyenne de frottement. Une fois la PMF identifiée, la PMI permet de déterminer le couple disponible sur l'arbre de sortie moteur, c'est pourquoi il est intéressant de l'évaluer. La formule brute donnant accès à la PMI est la suivante (équation 1): PMI 1 = x f PdV Cylindrée La PMI peut donc être représentée par l'aire située sous 25 la courbe de P = f(V) (à la division par la cylindrée près). A l'heure actuelle, la PMI n'est utilisée qu'au banc moteur, pour caractériser les performances d'un moteur. Au niveau du pilotage en couple des moteurs, l'information couple est estimée en boucle ouverte, à partir du point de fonctionnement (régime/charge) et de modèles cartographiés. Lorsque le système évolue, ces modèles risquent de ne plus être suffisamment fiables et dans tous les cas, la précision du couple est liée à la précision du modèle utilisé, et est donc synonyme d'efforts de calibrage. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le procédé selon l'invention de prédiction de la pression moyenne indiquée (PMI) d'un moteur à combustion to interne comprenant un vilebrequin, une pluralité de cylindres définissant chacun une chambre de combustion, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du volume (Vréel) dit "réel" d'une chambre de combustion à un instant angulaire (angle+l) du vilebrequin déterminé, une étape de calcul d'une estimation de ce même volume (V(angle+l)) au même instant à partir de la pression moyenne indiquée partielle (PMI part) à un angle vilebrequin précédent (angle), une étape de comparaison du volume réel (Vréel(angle+1)) et du volume estimé (V(angle+l)), de façon que, lorsque la différence entre le volume réel et le volume estimé est supérieure à un seuil d'erreur déterminé, l'étape de calcul d'un volume estimé est réitérée au moins une fois à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée partielle (PMI part) choisie de façon à minimiser l'erreur. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'étape de détermination du volume réel est obtenu par calcul à partir de la position angulaire du vilebrequin et/ou par lecture dans une cartographie déterminée, - l'étape de calcul du volume (V(angle+l)) estimé utilise la formule suivante: V(angle+ 1) = V(angle-1) + PMlpartielle(angle)x 2 x Cylindrée Pcyl(anglO dans laquelle, Pcyl(angle) est la pression dans la chambre de combustion à un angle vilebrequin considéré, Cylindrée est la cylindrée du moteur, V(angle-1) est le volume de la chambre de combustion à un angle vilebrequin précédent, PMlpartielle(angle) la pression moyenne indiquée à l'angle vilebrequin considéré, V(angle+l) est le volume de la chambre de combustion estimé à l'angle vilebrequin suivant, "angle+1" et "angle-1" étant deux instants angulaires situés respectivement après et avant l'angle considéré. io - la valeur modifiée de pression moyenne indiquée (PMI) utilisée dans une étape de calcul réitérée est obtenue par calcul selon une méthode d'optimisation telle que la méthode des moindres carrés, - l'étape de calcul d'une estimation du volume (V(angle+l)) à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée (PMI) est réitérée tant que l'erreur est supérieure à une valeur déterminée, - l'étape de calcul d'une estimation du volume (V(angle+l)) à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée (PMI) est réitérée pendant un nombre déterminé d'itérations, - la valeur (Pcyl(angle)) de la pression dans la chambre de combustion à un angle" vilebrequin considéré est obtenue par une mesure d'un capteur de pression. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement une matrice de pression cylindre ainsi qu'un calcul de PMI associé pour 199 30 cycles de combustion et 720 degrés vilebrequin par cycle, - la figure 2 représente schématiquement le principe de base de mise en oeuvre de l'invention de calcul déterministe de la PMI d'un moteur à combustion interne, - la figure 3 représente schématiquement un logigramme illustrant les principales étapes du procédé selon un exemple de réalisation de l'invention. On va à présent décrire une méthode de calcul de la PMI. Pour un point de fonctionnement du moteur donné, il est possible de calculer, pour chaque cycle de combustion du moteur, la PMI correspondante (PMI(1), PMI(2),...) via l'équation 1 ci-dessus. Sur la matrice de pression représentée à la figure 1, cela to revient à considérer la matrice selon les directions verticales (colonnes) . En faisant ensuite la moyenne de ces valeurs, on obtient la PMI moyenne sur le point de fonctionnement considéré (au régime et aux différents paramètres moteur). Le problème peut être abordé sous un autre angle, en calculant la PMI à partir de PMI partielles (cf. figure 1). En prenant pour PMI partielle la relation (équation 2) : 1 v (angle + 1) V (angle -1) PMlpartielle = x P(angle) x Cylindrée 2 avec V(angle) le volume de la chambre de combustion lorsque le vilebrequin du moteur est à l'angle concerné. L'équation 2 n'est valable que pour les angles entiers de l'intervalle [2,719]. Pour l'angle = 1, V(angle 1) correspond à V(720) et pour l'angle 720, V(angle + 1) correspond à V(1). A partir de l'équation 2, les PMI partielles pour chaque angle et chaque cycle peuvent être calculées, ce qui donne une matrice de PMI partielles (de même dimension que la matrice des pressions). En faisant ensuite la moyenne de toutes les PMI partielles d'un angle donné, la PMI partielle moyenne correspondant à cet angle peut être obtenue (PMlpartmoy(l), PMlpartmoy(2),...). C'est-à-dire que la matrice de la figure 1 est considérée selon les directions horizontales (lignes). En faisant ensuite la somme de ces PMlpartielles(angle) on obtient la PMI moyenne désirée. Les considérations "verticale" et "horizontale" conduisent-aux mêmes résultats. La méthode mettant en oeuvre les PMI partielles se prête tout particulièrement à une estimation de la PMI par une méthode déterministe qui sera détaillée ci- dessous. La méthode de prédiction selon l'invention est qualifiée de déterministe car elle repose sur le calcul du volume de la chambre V(angle) qui est une grandeur connue par ailleurs (par exemple à partir de la position angulaire de l'angle io vilebrequin). Ce calcul du volume V (angle) permet d'estimer la PMI. A partir de la formule de la PMI partielle de l'équation 2 explicitée précédemment, on peut établir l'équation 3 suivante: 1) + PMlpartielle(angle)x 2 x Cylindrée V(angle + 1) = V(angle - Tout comme l'équation 2 précédente, cette équation 3 n'est valable que pour des angles (en degrés) entiers compris dans l'intervalle [2,719]. Pour l'angle 1, V(angle 1) correspond à V(720) et pour l'angle 720, V(angle + 1) correspond à V(1). La fonction V(angle) est périodique, de période 360 degrés (= un tour moteur). Les principales étapes du procédé selon l'invention vont à présent être décrites en référence à la la figure 3. Dans une première étape 1, le procédé selon l'invention initialise une valeur de PMlpartielle(angle). Par exemple, cette valeur de PMlpartielle(angle) peut être initialisée avec le résultat du calcul de la PMI partielle à l'angle concerné lors d'un premier cycle. Dans une seconde étape 2, le volume V(angle+l) à l'angle suivant est calculé au moyen de l'équation 3 (cf. ci-dessus). Pcyl(angle) Ce calcul est réalisé autant de fois que le nombre de cycle pris en compte. Lors d'une troisième étape 3, le volume V(angle+l) calculé est comparé au véritable V(angle + 1) connu par calcul ou dans une cartographie prédéfinie (étape 4 à la figure 3). La comparaison 3 des deux volumes Vréel(angle+1) et V(angle+1) permet de déduire un vecteur erreur E qui a pour dimension le nombre de cycles utilisé pour l'estimation. Si le vecteur erreur E est supérieur à un seuil déterminé to (étape 5), une étape 6 d'optimisation va générer une nouvelle valeur de PMlpartielle(angle) qui diminuera l'erreur dans le même processus que précédemment. L'étape 6 d'optimisation calcule par exemple une autre valeur de PMlpartielle(angle) par la méthode des moindres carrés ou toute autre méthode appropriée. L'étape d'optimisation 6, l'étape de calcul de V(angl+l) (étape 2), l'étape de calcul de l'erreur E et l'étape de comparaison de l'erreur (étape 5) sont réitérée: soit jusqu'à ce que l'erreur soit inférieure à la précision souhaitée (le seuil d'erreur E peut être fixé, par exemple à 0,0001), soit jusqu'à un nombre limite d'itérations (par exemple fixé à 100 itérations). Après la dernière itération, le procédé d'estimation 25 recommence tout processus ci-dessus à l'angle suivant (étape 7, 8). Lorsque l'angle atteint la fin du cycle, le procédé peut fournir la PMI qui est la somme des PMI partielles calculées à chaque angle selon le processus décrit ci-dessus (étape 9, figure 3). Comme schématisé à la figure 2, le procédé selon l'invention consiste donc essentiellement à comparer le volume estimé de la chambre de combustion dans le cylindre obtenu par l'équation 3 avec le volume dit "réel" obtenu par ailleurs, et à minimiser la divergence en agissant sur la valeur PMI à l'angle précédent. Lorsque la divergence est suffisamment faible, la valeur de PMI partielle peut être adoptée comme une bonne estimation. Le procédé a été testé en comparant la PMI estimée à la to PMI obtenue en faisant la moyenne des PMI de chaque cycle ( travail en vertical explicité plus haut). Dans un exemple, le procédé déterministe a été basé sur 199 cycles; c'est à dire que l'erreur sur laquelle repose l'estimation de la PMI, a été calculée pour chaque cycle (il a donc été obtenu un vecteur d'erreur de dimension 199). L'erreur a ainsi été calculée 199 fois par angle pour former un vecteur erreur, et ceci jusqu'à la convergence de ce vecteur vers 0. Dans cette configuration, l'erreur obtenue est en moyenne inférieure à 0.3% et ne dépasse pas 1.5 %. Le procédé selon l'invention a donc une grande précision. En revanche, dans cette configuration, le temps de convergence du calcul peut être jugé trop important pour envisager le calcul de la PMI en temps réel basé sur toutes ces acquisitions. En effet, la dimension des vecteurs erreur et le nombre important d'itérations nécessaire à la convergence du calcul peut nécessiter un temps de convergence relativement important. En testant le procédé sur 15, 20, 25, 30, 40, 50,...,100 cycles, on constate que les erreurs restent relativement faibles ( On constate donc que le procédé selon l'invention permet une estimation précise de la PMI avec un temps de convergence satisfaisant de l'estimation. Plusieurs modifications peuvent être apportées au procédé selon l'invention. Par exemple, dans l'exemple décrit ci-dessus, le procédé a réalisé ses calculs pour chaque degré vilebrequin, alors que la pression dans le cylindre est quasiment constante lors des phases d'échappement et d'admission. Le procédé pourrait donc être simplifié de façon à io ne pas travailler sur tous les angles dans ces deux phases. De cette façon, le procédé gagnerait en temps de calcul sans perdre en précision. De même, l'horizon de cycle utilisé pour faire l'estimation pourrait également être adapté au niveau de dispersion présent dans les différentes phases du cycle de combustion moteur. En effet, la dispersion est assez faible dans les phases d'échappement et d'admission. Il est donc possible d'adopter un horizon relativement "petit" pendant ces phases d'échappement et d'admission. Au contraire, la dispersion étant relativement importante lors des phases de compression et de combustion, le procédé peut travailler sur un horizon plus large lors de ces phases. Des essais sur un moteur comprenant une recirculation des gaz d'échappement (EGR) ont cependant mis en évidence que l'élargissement de l'horizon n'apporte pas forcément une meilleure estimation de la PMI. Le procédé d'estimation de PMI déterministe présenté ci-dessus peut être utilisé aussi bien pour des moteurs à allumage commandé que des moteurs diesel. Le procédé peut être implanté dans un contrôle moteur. Un module de contrôle du couple peut ainsi être rebouclé sur l'information issue de cette estimation. Les phases stabilisées et les phases transitoires du fonctionnement du moteur seront mieux gérées que dans l'art antérieur car la consigne de couple sera respectée. Ainsi, tout en étant de structure simple et peu io coûteuse, l'invention permet de donner une bonne estimation de la PMI, ceci malgré la dispersion des données recueillies par le capteur de pression dans le cylindre. Ce calcul permet de trouver le couple moyen du moteur et de faire alors, un premier pas vers le contrôle moteur avec un asservissement en couple. Il REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation de la pression moyenne indiquée d'un moteur à combustion interne comprenant un vilebrequin, une pluralité de cylindres définissant chacun une chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du volume (Vréel) dit "réel" d'une chambre de combustion à un instant angulaire (angle+l) du vilebrequin déterminé, une étape de calcul d'une estimation de ce même volume (V(angle+l)) au même instant à partir de la pression io moyenne indiquée partielle (PMI part) à un angle vilebrequin précédent (angle), une étape de comparaison du volume réel (Vréel(angle+l)) et du volume estimé (V(angle+l)), de façon que, lorsque la différence entre le volume réel et le volume estimé est supérieure à un seuil d'erreur (E) déterminé, l'étape de calcul d'un volume estimé est réitérée au moins une fois à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée partielle (PMI part) choisie de façon à minimiser l'erreur (E). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination du volume réel est obtenu par calcul à partir de la position angulaire du vilebrequin ou par lecture dans une cartographie déterminée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de calcul du volume (V(angle+l)) estimé utilise la formule suivante: V(angle+ 1) V(angle-1) + PMlpartielle(angle)x 2 x Cylindrée Pcyl(anglc) dans laquelle, Pcyl(angle) est la pression dans la chambre de combustion à un angle vilebrequin considéré, Cylindrée est la cylindrée du moteur, V(angle-1) est le volume de la chambre de combustion à un angle vilebrequin précédent, PMlpartielle(angle) la pression moyenne indiquée à l'angle vilebrequin considéré, V(angle+l) est le volume de la chambre de combustion à l'angle vilebrequin suivant, "angle-FI" et "angle- 1" étant deux instants angulaires situés respectivement après et avant l'angle considéré. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur modifiée de pression moyenne indiquée partielle (PMI part) utilisée dans une étape de calcul réitérée est obtenue par calcul selon une méthode d'optimisation telle que la méthode des moindres carrés. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'une estimation du volume (V(angle+l)) à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée partielle (PMI part) est réitérée tant que l'erreur est supérieure une valeur déterminée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'une estimation du volume (V(angle+l)) à partir d'une valeur modifiée de pression moyenne indiquée (PMI) est réitérée pendant un nombre déterminé d'itérations. 7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur (Pcyl(angle)) de la pression dans la chambre de combustion à un angle" vilebrequin considéré est obtenue par une mesure d'un capteur de pression.