Brevet FR2897111A1 — publié le 20070810

Système d'optimisation en temps réel du couple d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile La présente invention concerne, d'une manière générale, l'optimisation en temps réel du couple d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. L'invention s'applique avantageusement aux moteurs à combustion interne, de type essence ou de type diesel. Les normes européennes anti-pollution devenant de plus en plus sévères en ce qui concerne les moteurs de véhicules automobiles, il est important pour les constructeurs de véhicules automobiles de réduire les émissions polluantes des moteurs, sans détériorer leur consommation en carburant ni leurs performances. Pour atteindre ce résultat, un réglage optimal des paramètres de fonctionnement des moteurs est nécessaire. Par exemple, il est important d'obtenir un couple moteur maximum avec une quantité de carburant injecté donnée, de manière à augmenter le rendement du moteur et donc minimiser sa consommation en carburant. La demande de brevet français n 05 00686 utilise une méthode du premier ordre ou méthode du gradient. La méthode du gradient utilise un rapport entre les variations de couple du moteur et les variations de consigne d'un paramètre de fonctionnement du moteur. Cependant, cette méthode pose un problème d'étalonnage. En effet, elle est d'autant plus lente que les variations de couple du moteur sont faibles. Il faut alors réajuster le pas du gradient. Or, les évolutions du couple du moteur en fonction du paramètre de fonctionnement du moteur ne peuvent être prévues. En outre, une telle méthode s'avère peu efficace pour trouver les extrema globaux lorsque des extrema locaux existent. 2 L'invention vise à apporter une solution à ces problèmes. Aussi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un système d'optimisation en temps réel du couple d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile équipé d'une unité de commande électronique. Le système comprend des moyens de détermination du couple du moteur, et des moyens de détermination du couple optimal du moteur par une méthode d'ordre zéro en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur, pour une quantité de carburant injectée donnée. L'invention permet d'optimiser le couple du moteur en recherchant un optimum global du couple en évitant les optima locaux du couple du moteur. Ainsi, le couple du moteur est optimisé en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur et pour une quantité de carburant injecté donnée. En outre, l'utilisation d'une méthode d'ordre zéro peut être facilement embarquable à bord d'un véhicule. Selon un mode de réalisation, ladite méthode d'ordre zéro est une méthode de la mire utilisant une cible mouvante. Selon un autre mode de réalisation, ladite méthode d'ordre zéro 20 est une méthode du simplexe. L'utilisation de ces méthodes d'ordre zéro a pour avantage de proposer des solutions automatiques pour déterminer un couple moteur optimum. En outre, le système comprend des moyens de commande dudit 25 paramètre de fonctionnement du moteur, pour asservir la valeur dudit paramètre sur la valeur correspondant au couple optimal du moteur déterminé par lesdits moyens de détermination du couple optimal. 3 Selon un mode réalisation, lesdits moyens de détermination du couple du moteur comprennent un capteur de mesure de l'angle vilebrequin du moteur et un capteur de mesure de la pression cylindre. Selon un mode réalisation, lesdits moyens de détermination du couple du moteur comprennent un dispositif de mesure du couple du moteur. Par exemple, ledit paramètre de fonctionnement du moteur peut être l'avance à l'allumage par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur à combustion essence. Par exemple, ledit paramètre de fonctionnement du moteur peut être l'avance à l'injection par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur à combustion diesel conventionnel. En outre, ledit paramètre de fonctionnement du moteur peut être le taux de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion diesel homogène. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de détermination du couple optimal du moteur comprennent des moyens de saturation dudit paramètre agissant sur le couple du moteur. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé d'optimisation en temps réel du couple d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. On détermine le couple du moteur, et on détermine le couple optimal du moteur par une méthode d'ordre zéro en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur, pour une quantité de carburant injectée donnée. Un véhicule automobile peut comprendre un système embarqué tel que décrit précédemment. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques 4 exemples nullement limitatifs, et faisant en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion diesel homogène ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un moteur à combustion essence ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un moteur à combustion diesel conventionnelle ; - la figure 4a est une représentation synoptique d'un système selon un aspect de l'invention ; - la figure 4b est une représentation synoptique d'un système selon un autre aspect de l'invention ; - la figure 5 illustre une méthode dite de la mire, selon un aspect de l'invention ; - la figure 6 illustre une amélioration de la méthode dite de la mire, selon un aspect de l'invention ; et - la figure 7 illustre une méthode dite du simplexe, selon un aspect de l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le moteur 1 à combustion diesel homogène, représenté schématiquement, comprend au moins une chambre de combustion 2 illustrée sur la figure 1 dans la partie haute d'un cylindre 3, à l'intérieur duquel se déplace un piston 4 connecté à une bielle 5 dont l'extrémité est reliée à un vilebrequin 6. Une soupape d'admission 7 permet de commander l'admission en ouvrant ou obturant le conduit d'admission 8, en communication avec la chambre de combustion 2. Une soupape d'échappement 9 permet, quant à elle, d'obturer ou d'ouvrir le passage des gaz d'échappement en provenance de la chambre de combustion 2 vers le conduit d'échappement 10. Dans l'exemple illustré, le moteur 1 à combustion interne comprend, en outre, un système de réinjection partielle des gaz d'échappement à l'admission (EGR). A cet effet, une vanne de régulation 11, dite "vanne EGR", 5 commande la quantité de gaz d'échappement prélevée de la conduite par la conduite 12, qui est ainsi ré-injecté par la conduite 13 dans le conduit d'admission 8. Une unité de commande électronique 14 assure le fonctionnement du moteur 1 et reçoit à cet effet un certain nombre 10 d'informations. Ces informations proviennent de différents capteurs placés dans le moteur 1 et dans les différentes conduites, leurs signaux étant amenés à l'unité électronique de commande 14 pour que celle-ci puisse déterminer une valeur du couple du moteur. Par exemple, sur la figure 1, on a représenté un capteur 15 de pression de combustion dans la chambre de combustion 2. La valeur de la pression mesurée est alors amenée par une connexion 16 à l'unité électronique de commande 14. Un capteur 17 de l'angle vilebrequin est placé au niveau du vilebrequin 6 et la mesure de l'angle vilebrequin est délivrée à l'unité de commande électronique 14 par une connexion 18. Un module de calcul 18a effectue alors le calcul du couple du moteur à partir de l'angle vilebrequin du moteur et de la pression cylindre. En variante, les capteurs de l'angle vilebrequin 17 et de la 25 pression de combustion 15 peuvent être remplacés par un dispositif de mesure du couple 27. L'unité de commande électronique 14 délivre, à l'aide d'une connexion 19, sa commande à destination de la vanne EGR 11. 6 La figure 2, sur laquelle les éléments similaires portent les mêmes références, représente un moteur à combustion essence. Pour ce type de moteur, contrairement au moteur diesel à combustion homogène, l'unité de commande électronique 14 délivre, par l'intermédiaire de la connexion 19, une commande destinée à une bougie d'allumage 21. La figure 3, sur laquelle les éléments similaires portent les mêmes références, représente un moteur à combustion diesel conventionnelle. Pour ce type de moteur, l'unité électronique de commande 14 délivre, par l'intermédiaire de la connexion 19, une commande destinée à un injecteur 22. Sur la figure 4a, l'unité de commande électronique 14 reçoit une mesure de l'angle vilebrequin mesurée par le capteur 17, par l'intermédiaire de la connexion 18, et reçoit la mesure de la pression cylindre du capteur 15 par la connexion 16. Le module de calcul 18a calcule alors le couple moteur à partir de l'angle vilebrequin du moteur et de la pression cylindre, de manière classique, et délivre en sortie le couple moteur. Un module 23 de détermination du couple optimal du moteur par une méthode d'ordre zéro en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur, et pour une quantité de carburant injecté donnée, comprend un module de mise en oeuvre d'une méthode d'ordre zéro 24 et un module de saturation 25. Un module de commande 26 asservit la valeur du paramètre de fonctionnement du moteur sur la valeur correspondant au couple optimal du moteur déterminée par les moyens de détermination 23. En variante, la figure 4b illustre un système selon un aspect de l'invention, dans lequel les moyens de détermination 23 du couple du moteur comprennent un capteur 27 de mesure du couple du moteur, directement transmis par une connexion 28 au module de détermination 23 du couple optimal du moteur par une méthode d'ordre zéro. Comme décrit précédemment, le paramètre de fonctionnement du moteur peut être l'avance à l'allumage par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur à combustion essence, l'avance à l'injection par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur à combustion diesel conventionnelle, ou le taux de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion diesel homogène ou conventionnelle. La figure 5 illustre la mise en oeuvre de la méthode de la mire (d'ordre zéro) par le module de détermination 24 du couple optimal du moteur. Une cible constituée de trois points (le point cible et deux points écartés selon l'abscisse d'une longueur correspondant à un pas h, constitue la consigne du système. On fixe un point X,=(xl, yl) comme centre de la mire, et un pas h (étape 30). On calcule ensuite (étape 31) les points X2=(xl+h,f(xl+h))=(x2,y2) et X3=(xl-h,f(xl-h))=(x3,y3). On cherche le point parmi X2 et X3 qui permet d'obtenir le couple moteur le plus élevé, c'est-à-dire le point ayant la plus forte ordonnée y. Ce point est renommé X2 et le point ayant le plus faible couple, c'est-à-dire la plus faible ordonnée, est renommé X3 (étape 32) : X 2 = X; / yi = max(y2, y3) X3 = Xi / yj = min(y2, y3) On peut alors comparer le centre de la mire X, et les deux nouveaux points X2 et X3 (étapes 33 et 36). Si X2 correspond à un couple du moteur supérieur à celui de X1, c'est-à-dire si y2>yl, la mire est dite de type 1. X2 devient un nouveau centre de la mire (X1=X2) et le pas h est conservé (étape 34). Si X1 correspond à un couple du moteur supérieur à celui de X2, c'est-à-dire si yl>y2, la mire est alors dite de type 2. On évalue un nouveau point X3= (xl ~x2 f (xl x21) (etape35), 2 avec f une fonction donnant le couple du moteur à\partir du paramètre de fonctionnement du moteur x. Cette nouvelle valeur de couple y3 est comparée à celle de X, (étape 36). Si y3>yl, alors le point X3 devient le nouveau centre de la mire (X1=X3) et le pas h est adapté (h=h/2 ou h=h/4) (étape 37). Si yl>y3, le point X1 reste celui qui possède le plus fort couple. Il reste le centre de la mire, mais le pas est diminué (h=h/2) (étape 38). En outre, une saturation 25 peut être ajoutée pour limiter les valeurs de consigne du paramètre de fonctionnement du moteur. La figure 6 illustre une amélioration de la méthode de la mire selon la figure 5. Certaines consignes du paramètre de fonctionnement du moteur peuvent être demandées plusieurs fois lors du déroulement de l'algorithme. Par exemple, avec une mire de type 1, le pas reste constant. Or, le nouveau centre de la mire X1 est l'un des anciens X2 ou X3. L'un des nouveaux X2 et X3 est alors confondu avec l'ancien X1. Pour vérifier qu'une nouvelle consigne X n'a pas déjà été demandée, on vérifie les points en mémoire (étape 39). Pour une mire de type 1, après chaque détermination d'un nouveau point X1(xl,yl), on vérifie que : • xl+h est différent de x2 (étape 40) et de x3 (étape 41). Si ce n'est pas le cas (étapes 42 et 43), on impose une consigne xl-h. • xl-h est différent de x2 (étape 44) et de x3 (étape 45). Si ce n'est pas le cas (étapes 46 et 47), on impose une consigne xl+h. • xl+h et xl-h sont différents de x2 et x3, alors l'algorithme impose successivement les consignes xl+h et xl-h. Pour une mire de type 2, le point X3= (xl x2 f xl 2 x21) qui 2 n'a jamais été déterminé, est calculé (étape 35). Si ce point est choisi comme nouveau centre de la mire (étapes 48 et 49), alors, comme le pas est divisé par 4, les points xl+h et xl-h n'ont jamais été rencontrés (étape 31). Cependant, si le point X3 ne devient pas le centre de la prochaine mire (étape 50), comme le pas est divisé par 2, l'abscisse xl+x2 x3= 2 est de nouveau rencontrée en xl+h ou xl-h. Il est inutile de réimposer cette consigne, l'algorithme fixera la nouvelle consigne à la valeur différente de x3= xl ~x2 (étapes 51, 52 et 53). La figure 7 illustre, quant à elle, la méthode d'ordre zéro dite du simplexe, basée sur un jeu de symétrie, qui détermine une nouvelle consigne à partir des deux consignes précédentes. L'algorithme du simplexe débute avec le choix de deux points de départ : X1=(x1,y1) et X2=(x2,y2) (étape 54). Généralement, on fixe X1, et X2 est déterminé à partir de X1. Par exemple, on peut choisir X2=(a.xl,g(a.xl)), avec ail et g une fonction du paramètre de fonctionnement du moteur utilisé, fournissant le couple du moteur. On cherche le point parmi X1 et X2 qui permet d'obtenir le couple le plus élevé ; c'est-à-dire le point ayant la plus forte ordonnée y. Ce point est renommé X,, et le point ayant le plus faible couple, i.e. la plus faible ordonnée, est rebaptisé X2 (étape 55) : X, = X. / yi = max(y2, y3) iX2 = X. / yj = min(y2, y3) Ensuite, la méthode du simplexe utilise ces deux points pour réaliser une réflexion. Le point Xr est ainsi déterminé : Xr=((1+p).xl-p.x2, g((l+p).xl-p.x2)) (étape 56). X, est compris entre X, et X2. I1 y a alors trois cas possibles : • Si yr>yl (étape 57), le point 'Cr permet d'obtenir un meilleur couple du moteur (y) que X,. Le simplexe calcule alors un point d'extension : Xe=((1+k. p).xl-p.k.x2, g((1+k.p).xl-k.p.x2)) (étape 58). Il y a alors deux possibilités : o Si Xe est caractérisé par un couple plus élevé que Xr, c'est-à-dire si ye>yr (étape 59), alors le nouveau point X2 est Xe (étape 60) • Sinon, X2 vaut X, (étape 61). • Si yl>yr>y2 (étape 62), le couple le plus élevé est toujours en X,, mais Xr permet d'avoir un couple compris entre celui de X, et celui de X2. Le simplexe fait alors une contraction externe en calculant le point Xc=((l+W.p).xl-W.p.x2, g((1+W.p).xl-1P.p.x2)) (étape 63). Ce point sert aussi de comparaison : o Si X, est caractérisé par un couple plus élevé que 'Cr, c'est-à-dire si yc>yr (étape 64), alors le nouveau point X2 est X, (étape 65). • Sinon, on impose : X2=(xl+a.(x2-xl), g(xl+a.(x2-xl))) (étape 66) 11 • Si yr yl (étape 68), alors le nouveau point X2 est )(cc (étape 69) Sinon, on impose : X2=(xl+a.(x2-xl), g(xl+a.(x2-xl))). Remarque : on utilise souvent p=1, k=2, T=0,5, a=0,5, et les conditions de convergences sont k>p, W Une saturation peut être ajoutée pour limiter les valeurs de consigne du paramètre de fonctionnement du moteur. REVENDICATIONS 1. Système d'optimisation en temps réel du couple d'un moteur (1) à combustion interne d'un véhicule automobile équipé d'une unité de commande électronique (14), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermination du couple du moteur, et des moyens de détermination (23) du couple optimal du moteur par une méthode d'ordre zéro en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur (1), pour une quantité de carburant injectée donnée. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite méthode d'ordre zéro est une méthode de la mire utilisant une cible mouvante. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite méthode d'ordre zéro est une méthode du simplexe. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, des moyens de commande (26) dudit paramètre de fonctionnement du moteur (1), pour asservir la valeur dudit paramètre sur la valeur correspondant au couple optimal du moteur déterminé par lesdits moyens de détermination (23) du couple optimal. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de détermination du couple du moteur comprennent un capteur (17) de mesure de l'angle vilebrequin du moteur et un capteur (15) de mesure de la pression cylindre. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de détermination du couple du moteur comprennent un dispositif (27) de mesure du couple du moteur. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit paramètre de fonctionnement du moteur (1) est 13 l'avance à l'allumage par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur (1) à combustion essence. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit paramètre de fonctionnement du moteur (1) est l'avance à l'injection par rapport au point mort haut du vilebrequin d'un moteur (1) à combustion diesel conventionnelle. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit paramètre de fonctionnement du moteur (1) est le taux de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (1) à combustion diesel homogène. 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de détermination du couple optimal du moteur comprennent des moyens de saturation (25) du paramètre choisi pour agir sur le couple du moteur déterminé. 11. Procédé d'optimisation en temps réel du couple d'un moteur (1) à combustion interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que l'on détermine le couple du moteur (1), et on détermine le couple optimal du moteur (1) par une méthode d'ordre zéro en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur (1), pour une quantité de carburant injectée donnée. 12. Véhicule automobile comprenant un système embarqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.