Brevet FR2888286A1 — publié le 20070112

La présente invention concerne un dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, en vue de la détermination d'un instant de début de combustion. Elle concerne également un procédé mis en oeuvre par ce dispositif. Un tel dispositif fait l'objet de la demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2003/0145829. Dans ce document, le signal de mesure de pression est traité à l'aide d'une transformée en ondelettes. Une analyse des coefficients de la transformée en ondelettes du signal de mesure de pression permet de détecter un instant de début de combustion. Plus précisément, une augmentation soudaine des valeurs absolues de ces coefficients constitue un indicateur de l'instant de début de combustion. Ce traitement du signal de mesure de pression, assez consommateur en temps de calcul, est coûteux et difficilement implantable dans un calculateur de contrôle moteur classique. L'invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant un dispositif capable de déterminer un instant de début de combustion à l'aide d'un traitement simple du signal de mesure de pression. L'invention a donc pour objet un dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, en vue de la détermination d'un instant de début de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre passe-bas du signal de mesure de pression de manière à obtenir un signal filtré et des moyens de soustraction du signal filtré au signal de mesure de pression pour obtenir un signal de différence, des moyens de comparaison du signal de différence à une valeur seuil prédéterminée, et des moyens de détermination de l'instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. En effet, le traitement réalisé sur le signal de mesure de pression est simple puisqu'il s'agit d'un filtrage passe-bas et la simple comparaison de la différence entre le signal filtré et le signal d'origine avec une valeur seuil prédéterminée permet de déterminer de façon fiable l'instant du début de combustion. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, le filtre passe-bas comporte des moyens numériques de filtrage passe-bas de premier ordre et les moyens de comparaison comportent un comparateur numérique. Une implémentation numérique de l'invention est possible puisque les traitements réalisés sur le signal de mesure de pression sont simples. Les calculateurs de contrôle moteur classiques sont capables de supporter de tels traitements. En outre, l'intérêt d'une implémentation numérique est qu'elle permet d'obtenir des résultats fiables et prévisibles par simulation. De plus, le réglage des paramètres du dispositif est simple. De façon optionnelle, les paramètres numériques du filtre passe-bas et les moyens de comparaison sont choisis de manière à générer uniquement des opérations entre nombres entiers lors du traitement du signal de mesure de pression. De façon optionnelle également, les paramètres numériques du filtre passebas et les moyens de comparaison sont choisis de manière à remplacer toute division d'un nombre entier par un décalage à droite de sa représentation binaire, lors du traitement du signal de mesure de pression. Ainsi, les opérations numériques sont facilitées et le traitement en est d'autant simplifié. Dans ce mode de réalisation également, le filtre passe-bas peut comporter un intégrateur numérique d'Euler. Un tel intégrateur numérique est simple à mettre en oeuvre. De façon avantageuse, le dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression comporte un élément de traitement non linéaire disposé de manière à augmenter la bande passante du filtre passe-bas lorsque le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. De cette façon, il est possible de détecter un éventuel second instant de début de combustion, après la détection d'un premier instant de début de combustion. Dans un autre mode de réalisation possible de l'invention, le filtre passe-bas comporte des moyens analogiques de filtrage passe-bas de premier ordre, et l'élément de traitement non linéaire comporte une diode disposée en parallèle du filtre passe-bas. L'avantage d'un tel mode de réalisation analogique est son coût. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression peut comporter un circuit analogique de type comparateur pour la fourniture d'un signal échelon passant d'une valeur nulle à une valeur non nulle lorsque le signal de différence dépasse la valeur seuil prédéterminée. Ce signal échelon constitue une alarme pouvant déclencher des traitements ultérieurs. L'invention a également pour objet un procédé de traitement d'un signal de mesure de pression d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, en vue de la détermination d'un instant de début de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: filtrage passe-bas du signal de mesure de pression de manière à 10 obtenir un signal filtré et soustraction du signal filtré au signal de mesure de pression pour obtenir un signal de différence, comparaison du signal de différence à une valeur seuil prédéterminée, détermination de l'instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. De façon avantageuse, la bande passante du filtrage passe-bas est augmentée lorsque le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. Ceci permet, comme indiqué précédemment, de détecter un second instant de début de combustion, après la détection d'un premier instant de début de combustion. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression selon 25 l'invention; - les figures 2a et 2b sont des diagrammes représentant l'évolution au cours du temps d'un signal de mesure de pression dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne; - la figure 3 représente schématiquement la structure du dispositif de la 30 figure 1 selon un mode de réalisation analogique possible; et - la figure 4 représente schématiquement une chambre de combustion munie d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif 10 représenté sur la figure 1 est adapté pour recevoir en entrée un signal Pr de mesure de pression d'une chambre de combustion d'un moteur à 35 combustion interne. Ce dispositif 10 comporte un soustracteur 12 pour obtenir, à partir du signal Pr de mesure de pression et d'un signal filtré Pf, un premier signal de différence e entre ces deux signaux. De façon optionnelle, il comporte en outre un élément 14 de traitement non linéaire du premier signal de différence e, qui sera détaillé par la suite, pour fournir un second signal de différence. Ce second signal de différence, ou à défaut d'élément 14 le premier signal de différence, est fourni à un dispositif 16 de détection d'un instant de début de combustion. Ce dispositif 16 comporte des moyens de comparaison du second signal de différence à une valeur seuil prédéterminée a, et des moyens de détermination de l'instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le second signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. Le signal filtré Pf est obtenu à partir du signal de mesure de pression Pr à l'aide d'un dispositif de filtrage passe-bas comportant les éléments suivants: un amplificateur 18 appliqué au signal de mesure de pression Pr, de gain F = kf permettant de régler indirectement la pulsation de coupure du filtrage passe-bas devant être opéré sur le signal de mesure de pression Pr; un additionneur 20, pour ajouter au signal Pr amplifié par l'amplificateur 18, le résultat du traitement réalisé par l'élément de traitement non linéaire 14, de manière à amplifier le signal Pr de sorte que la bande passante du filtrage passe-bas soit augmentée lorsque le second signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée o; et un filtre passe-bas 22 dont les paramètres sont prédéterminés, recevant en entrée le signal de sortie de l'additionneur 20 et fournissant en sortie le signal filtré Pf fourni en entrée du soustracteur 12. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, le dispositif 10 tel que décrit précédemment est réalisé à l'aide d'éléments numériques. Notamment, le filtre passe-bas 22 peut comporter des moyens numériques de filtrage passe-bas de premier ordre, par exemple un intégrateur numérique d'Euler réalisant l'opération suivante: G(..) _ zTet (1) avec Te, la fréquence d'échantillonnage, z = e24"Te l'opérateur de la transformée en z, et f la fréquence. Par exemple également, les moyens de comparaison comportent un comparateur numérique. Les paramètres numériques du filtre passe-bas et des moyens de comparaison peuvent être choisis de manière à générer uniquement des opérations entre nombres entiers et/ou de manière à remplacer toute division d'un nombre entier par un décalage à droite de sa représentation binaire, lors du traitement du signal de mesure de pression. L'élément de traitement non linéaire 14 réalise une opération définie par exemple par le système d'équations suivant: NL(x)=mÉx six?6 NL(x)=0 six Lorsque l'on détecte cet instant de début de combustion, l'élément de traitement non linéaire 14 provoque l'augmentation de la bande passante du filtre passe-bas 22, de sorte que le premier signal de différence e, résultat de la soustraction du signal de mesure de pression Pr et du signal filtré Pf est fortement réduit. Ainsi, il est possible de détecter un second instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le premier signal de différence e atteint de nouveau la valeur seuil prédéterminée o. Sur la figure 2a, la courbe 22 représente l'évolution au cours du temps du signal de mesure de pression Pr dans la chambre de combustion du moteur à 60c2 (4) combustion interne. On remarque que l'instant de début de combustion correspond au premier instant auquel le signal de mesure de pression augmente brutalement, au point 24. La figure 2b représente un détail de la courbe 22, autour du point 24. La courbe 26 correspond à l'évolution au cours du temps du premier signal de différence e qui dépasse la valeur seuil prédéterminée Q pour la première fois au point 24. Enfin, la courbe 28 représente un signal échelon fourni en sortie du dispositif de traitement qui prend une valeur non nulle lorsque l'instant de début de combustion est détecté. Dans un autre mode de réalisation possible de l'invention représenté sur la figure 3, le dispositif de traitement 10 est réalisé à l'aide d'éléments analogiques. Le montage représenté sur cette figure comporte un premier étage d'entrée 30 dans lequel la tension VA en un point A est liée à la tension d'entrée Vin du signal de mesure de pression par la relation suivante: VA =1+R' = A V,,, R2 où R, et R2 sont deux valeurs de résistances. Entre le point A et un point B, le premier étage d'entrée 30 comporte un circuit comprenant une diode D disposée en parallèle d'un filtre passebas du premier ordre (comportant une résistance R3 associée à une capacité C). Ce circuit constitue un élément de traitement non linéaire. En effet, lorsque la diode D est bloquée, la tension VB au point B est donnée par la relation suivante: 1 1 = VA = A (6) VB 1+ sCR3 = 1+ sCR, vVrJfrlré où s est l'opérateur de Laplace et Vfiltré la tension du signal filtré Pf. Le signal d'entrée peut donc être considéré comme ayant été amplifié puis filtré par un filtre passe-bas du premier ordre dont la pulsation de coupure à -3dB cep, est donnée par l'équation suivante: 1 wi CR3 Si l'on note a la tension de seuil de la diode D, celle-ci reste bloquée tant que VA-VB est inférieur à Q. Or, VA-VB=A, (Vin-Vfiltré) = Ave, représente l'erreur entre le signal d'entrée Vin et le signal filtré passe-bas Vfiitré. (5) (7) La diode D est alors bloquée tant que la valeur de E est inférieure à un seuil prédéterminé et elle devient passante lorsque l'erreur e dépasse cette valeur prédéterminée. Lorsque la diode devient passante, la bande passante du filtre passe-bas est augmentée par la présence d'une résistance R4 en entrée de la diode et en parallèle avec la résistance R3 (si l'on néglige la chute de tension aux bornes de la diode). La diode se comporte donc comme un élément de traitement non linéaire ayant pour fonction lorsque la diode est passante d'augmenter la bande passante du filtrage passe-bas. La tension de seuil Q de la diode D est choisie de sorte que l'instant où la tension aux bornes de la diode dépasse cette tension de seuil pour la première fois correspond à l'instant de début de combustion (instant où se produit la montée haute fréquence de grande amplitude du signal de mesure de pression). A l'aide du gain A, donné par l'équation (5), on peut modifier la valeur du seuil v. Cela permet de régler aisément le dispositif de traitement et de le rendre par conséquent très flexible et utilisable pour tout type de combustion. Si l'on note ID le courant qui traverse la diode D, la tension aux bornes de R4 est proportionnelle à ce courant: VR4 = R4ID. (8) Compte tenu des considérations faites précédemment, l'instant de début de combustion correspond également à l'instant où la tension VR4 dépasse une certaine valeur de seuil sv. La tension VR4 aux bornes de R4 est donc mesurée et amplifiée par un amplificateur différentiel dans un deuxième étage 32 du montage de la figure 3. Si l'on note G le gain de cet amplificateur différentiel, la tension en sortie du deuxième étage 32 est alors donnée par l'équation suivante: Vaec = G.VR4. (9) Cette tension Vdet est ensuite comparée à la valeur seuil S,, = G É s,, par un comparateur analogique dans un troisième étage 34 du montage de la figure 3. Enfin, le signal fourni en sortie du troisième étage 34 constitue l'entrée Clock d'une bascule analogique 36 dont l'entrée D est constamment mise à la valeur logique 1 . Cette bascule doit être remise à zéro à la fin de chaque cycle thermodynamique du moteur. Le signal de sortie de la bascule analogique 36 est un signal échelon dont le front montant correspond à l'instant de début de combustion dans le cycle thermodynamique: il correspond au signal 28 représenté sur la figure 2b. Enfin la figure 4 représente une chambre de combustion 40 d'un moteur à combustion interne. Cette chambre de combustion est associée à un dispositif de traitement 10 tel que décrit précédemment, recevant en entrée un signal de mesure de pression Pr fourni par un capteur de pression 42. Les données fournies par le dispositif de traitement 10 et celles fournies par un capteur 44 d'angle de vilebrequin disposé dans la chambre de combustion 40 sont transmises à un boîtier électronique 46 pour des traitements ultérieurs. Comme indiqué précédemment, le dispositif 10 de traitement du signal de mesure de pression peut être de type analogique ou numérique. Il apparaît clairement qu'un dispositif de traitement d'un signal de mesure de pression tel que décrit précédemment permet de détecter simplement un ou plusieurs instants de début de combustion d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. On notera que cependant que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. En effet notamment, en variante, le filtre passe-bas 22, réalisant dans le mode de réalisation numérique une intégration d'Eule, peut être remplacé par un filtre passe-bas réalisant par exemple une intégration trapézoïdale basée sur la fonction de transfert suivante: G _ T e (z + 1) (10) 2 (z 1)" REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) d'une chambre de combustion (40) d'un moteur à combustion interne, en vue de la détermination d'un instant de début de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre passe-bas (22) du signal de mesure de pression de manière à obtenir un signal filtré (Pf) et des moyens de soustraction du signal filtré au signal de mesure de pression pour obtenir un signal de différence (e), - des moyens (16) de comparaison du signal de différence à une valeur seuil prédéterminée, et des moyens (16) de détermination de l'instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. 2. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 1, comportant un élément (14; D) de traitement non linéaire disposé de manière à augmenter la bande passante du filtre passebas (22) lorsque le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. 3. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le filtre passe-bas (22) comporte des moyens numériques de filtrage passe-bas de premier ordre, et dans lequel les moyens de comparaison (16) comportent un comparateur numérique. 4. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 3, dans lequel les paramètres numériques du filtre passe-bas (22) et des moyens de comparaison (16) sont choisis de manière à générer uniquement des opérations entre nombres entiers lors du traitement du signal de mesure de pression. 5. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 4, dans lequel les paramètres numériques du filtre passe-bas (22) et des moyens de comparaison (16) sont en outre choisis de manière à remplacer toute division d'un nombre entier par un décalage à droite de sa représentation binaire, lors du traitement du signal de mesure de pression. 6. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le filtre passe-bas (22) comporte un intégrateur numérique d'Euler. 7. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 2, dans lequel le filtre passe-bas (22) comporte des moyens analogiques (C, R3, R4) de filtrage passe-bas de premier ordre, et dans lequel l'élément de traitement non linéaire (14) comporte une diode (D) disposée en parallèle du filtre passe-bas. 8. Dispositif (10) de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 7, comportant en outre un circuit analogique (32) de type comparateur pour la fourniture d'un signal échelon passant d'une valeur nulle à une valeur non nulle lorsque le signal de différence (E) dépasse la valeur seuil prédéterminée. 9. Procédé de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) d'une chambre de combustion (40) d'un moteur à combustion interne, en vue de la détermination d'un instant de début de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: filtrage passe-bas du signal de mesure de pression de manière à obtenir un signal filtré (PO et soustraction du signal filtré au signal de mesure de pression pour obtenir un signal de différence (e), comparaison du signal de différence à une valeur seuil prédéterminée, détermination de l'instant de début de combustion en tant qu'instant auquel le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée. 10. Procédé de traitement d'un signal de mesure de pression (Pr) selon la revendication 9, dans lequel la bande passante du filtrage passe-bas est augmentée 20 lorsque le signal de différence atteint la valeur seuil prédéterminée.