Brevet FR2891012A1 — publié le 20070323

La présente invention concerne une méthode pour estimer en temps réel le régime instantané produit par chacun des cylindres d'un moteur à combustion interne à partir du capteur de régime instantanée située au bout de la transmission. La connaissance du régime instantanée pour chaque cylindre permet d'estimer le couple moyen produit par chaque cylindre. État de la technique L'estimation du couple moyen produit par chaque cylindre est importante pour tous les véhicules, qu'ils soient à motorisation essence ou à motorisation diesel. Dans le premier cas, elle condil ionne une bonne combustion du mélange lorsque la richesse est proche de un, e1 donc sensible à des problèmes de différence cylindre à cylindre. Dans le second cas, l'intérêt de la connaissance du couple permet un rééquilibrage pour obtenir un fonctionnement optimum. En particulier, les catalyseurs utilisant un piège: à NOx perdent de leur efficacité avec le temps. Afin de revenir à une efficacité optimale, le couple de chacun des cylindres doit être maintenue identique penc ant quelques secondes, pour revenir ensuite en fonctionnement noiinal à un mélange pauvre. La dépollution par catalyse DeNOx nécessite donc Ln pilotage pi écis du couple cylindre par cylindre. Pour ce Faire, un capteur de régime instantané est placé au bout de la transmission. Cette mesure est très déformée par la transmission et est bruitée. Afin de contrôler d'une manière plus précise, et surtout individuelle, l'injection des masses de carburant dar s les cylindres, une reconstruction du couple cylindre à cylindre est indispensable. L'implantation d'un couplomètre numérique sous chaque cylindre est impensable sur véhicule étant donné leur prix de revient. La méthode selon l'in"ention propose de définir un estimateur fonctionnant à partir de la mesure en bout de la chaîne de transmission pour estimer le régime instantané sous chacun des cylindres. La méthode selon 1'inventic n L'invention concerne me méthode pour estimer en temps réel le régime instantané produit par chacun des cylindres d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un système de transmission relié aux cylindres et un capteur qui réalise en temps réel une mesure (xi) du régime instantané en bout dudit système de transmission. La méthode comporte lis étapes suivantes: a) on définit un signal par une fonction comportant au moins un paramètre invariant au cours du temps, ce signal traduisant ledit régime instantané produit par chacun des cylindres; b) on établit, dans une échelle de temps angulaire, un modèle physique 20 représentant en temps réel la dynamique dudit système de transmission en fonction: - de ladite mesure; dudit signal; d'un amortissement et d'une fréquence propre caractérisant ledit système de trans nission; c) on couple ledit modè e avec un estimateur non linéaire de type adaptatif; d) on réalise une estimation en temps réel du régime instantané produit par chacun des cylindres, à partir dudit estimateur non linéaire de type adaptatif. Selon l'invention, le signal peut correspondre à une décomposition en série de Fourier dudit régime instantané produit par chacun des cylindres et lesdits paramètres peuvent alors être les coefficients de cette décomposition. Ainsi, l'estimation en temps réel du régime instant: iné peut comporter une estimation en temps réel des coefficients de la décompos tion de Fourier du régime instantané produit par chacun des cylindres. On peut également e Aimer en temps réel le couple moyen de chacun des cylindres à partir de l'estimation de ces coefficients. La méthode selon l'irvention peut être appliquée à un contrôle moteur pour adapter les masses de carburant injectées dans chacun des cylindres, afin de régler le couple moyen produit par chacun des cylindres. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront à :!a lecture do la description ci-après d'exemples non limitatifs de 10 réalisations, en se référant al x figures annexées et décrites ci-après. Présentation succincte des Ligures - la figure 1 illustre l'estimation du régime instantané sous les cylindres par la méthode selon l'invention, pur un point de fonctionnement de 1250tr/min moyenne 15 charge. - la figure 2 illustre l'estimation du couple moyen cylindre à cylindre par la méthode selon l'invention, sur un point de fonctionnement de 1500tr/min. Description détaillée de lai mthode La méthode selon l'invention permet d'estimer le régime instantané produit par chacun des cylindres d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un système de transmission relu aux cylindres. En bout de ce système de transmission, un capteur réalise en temps réel une mesure du régime instantané. Ce signal est noté xi. Un mesure du régime instantané sous les cylindres déformée par l'arbre de transmission est donc réalisée. La première étape de l'invention consiste donc à inverser les effets de la transmission pour obtenir l'information pertinente, c'est-à-dire le régime instantané produit par chacun des cylindres. Cette information pertinente est un signal périodique que l'on note xo. La méthode comporte r rincipalement les quatre étapes suivantes: 1-on établit, dans une échelle de temps angulaire, un modèle physique représentant en temps réel la lynamique du système de transmission; 2- on caractérise le régirle instantané produit par chacun des cylindres, par des paramètres quasi invariants au cours du temps, tels que les coefficients de sa décomposition de Fourier; 3- on couple le modèle pl iysique avec un estimateur non linéaire de type adaptatif 4- on réalise une estimation en temps réel du régime instantané produit par chacun des cylindres à partir de l'est mateur non linéaire de type adaptatif. 1- Modèle physique de la dynamique du système de transmission Pour estimer le signal xo, c'est-à-dire le régime instantané sous les cylindres, on définit dans un premier temps un modèle physique de la dynamique du système de transmission. Pour ce faire, ['on considère que ce système se comporte comme un système du deuxième ordre qui se compose de deux paramètres: : la fréquence propre de la transmission dans le référentiel tournant 15: l'amortissement de la transmission Ainsi, et en se plaçan dans l'échelle de temps angulaire, la dynamique de l'arbre de transmission s'écrit: dz(xi xo) _ _d(x x 2 da w da ) w (xi xo) Y = xi le régime instantané au bout de la chaîne de transmission: la mesure (y) le régime instantané sous les cylindres: l'inconnu la fréquence propre du système de transmission dans le référentiel tournant : l'amortissement du système de transmission 25 a: l'angle vilebrequir du système de transmission On peut effectuer un changem;nt de variable en posant: da da Le régime instantané ;ous les cylindres xo est périodique donc wo aussi. La dynamique peut donc se réécrire sous la forme suivante: dx = A.x + A.w da o y = C.x avec: (2) x= A= 0 1 A, _ -0-1 C={1 0] Cette équation (2) constitue le modèle physique représentant en temps réel la dynamique du système de transmission. Une estimation du signal wo permet de déterminer une estimation du signal xo à partir de l'équation (1). 2- Caractérisation du signal xo par des paramètres quasi invariants au cours du temps On recherche à estimer, à partir de ce modèle physique et de la mesure y (égale à xi), le signal xo. c'est-à-dire le régime instantané produit par chacun des cylindres. 20 Pour réaliser cette estimation n temps réel, la méthode selon l'invention caractérise ce signal xo par des paramètres quasi invariants au cours du temps. En d'autres termes, on définit le signal xo i l'aide de paramètres qui, à un instant donné, sont des constantes. Pour ce faire, c n exploite le fait que le signal xo est mécaniquement périodique. Ainsi, au lieu de réaliser une estimation du signal fortement variable xo, on peut estimer les coefficients de Fourier de ce signal. On peut également utiliser tous paramètres permettant de décrire le signal xo en relation avec son caractère périodique. La décomposition en coefficients de Fourier du signal xo, développée en complexe pour la clarté de l'exposé, s'écrit ainsi: n xo(a) _ Je(icoa) j=n Les di représentent les 2n+1 coefficients de Fourier de la décomposition du signal xo. On définit ainsi un signal traduisant le régime instantané xo, en fonction des paramètres d; invariants au cours du temps. Pour estimer les paramètres di on peut à nouveau utiliser le changement de variable wo et utiliser le modèle physique décrit par le système (2). Le signal wo est également mécaniquement)ériodique, et sa décomposition en coefficients de 15 Fourier, développée en complexe pour la clarté de l'exposé, s'écrit ainsi: n j=-n Les e1 représentent les 2n+1 coefficients de Fourier. L'estimation de ces coefficients e permet ainsi d'estimer la décomposition en coefficients de Fourier du sigr [al xo et donc également du signal xo lui-même. En n'utilisant qu'un nor.ibre fini d'harmoniques ([ n;+n]), le modèle physique représentant en temps réel la c ynamique du système de transmission s'écrit alors: (3) = A.x+A o.(Vcje(wa)) b'j E [ n, n] (4) dx da dc. J da y 3- Couplage avec un estirateur non linéaire de type adaptatif A partir du modèle ph: /sique décrit par le système (4), on définit un estimateur non linéaire de type adaptatif comportant d'une part, un terme lié à la dynamique et 5 d'autre part, un terme de con ection: dr n (i a) = A.x+Ao. 1cj.e L.(C.x y) dix j=-n avec: estimateur de x estimateur de ci une matrice A. calibrer des matrices à calibrer Un choix de matrices L et Li assurant la convergence de l'estimateur est: et b'j E [ n, n] L j = j2 +1 Le système d'équations (5) représente un estimateur non linéaire de type adaptatif permettant d'estime- les coefficients ci de la décomposition en coefficients de Fourier du signal wo. On a construit cet estim iteur (5) à partir du changement de variable wo, mais il est évident que de la même façon, il est possible de construire un estimateur non 20 linéaire de type adaptatif directement à partir de x0. 4- Estimation en temps réel du régime instantané produit par chacun des cylindres On estime ensuite à p rtir de l'estimation cj des coefficients ci le régime instantané produit par chacun,les cylindres xo. dc j = e(-1 ") .Lj.(C.x y), Vi E [ nn] dx (5) X C. L Lj L 2 i 2 J2 L'estimateur (5) permet de reconstruire wo à travers ses coefficients de Fourier L'objectif est de reconstn ire x0. Grâce à l'expression de wo donnée par l'équation (1), on exprime les coefficients di en fonction des coefficients ci: d ' (J.w)2 i._i.w. .co F,42 (w2(J'w)2)2+(j.w4.w)2 J On obtient donc ainsi l'expression du régime instantané produit par chaque cylindres, à l'aide des équati)ns (3) et (6) , et les coefficients de sa décomposition de Fourier par l'équation (6). Estimation du couple moyen produit par chaque cylindre Selon l'invention, il e t possible de fournir une estimation du couple moyen produit par chaque cylindre a partir de l'estimation du régime instantané produit par chaque cylindres (xO) et plus)récisément à partir de l'estimation de sa décomposition de Fourier en coefficients di. La connaissance du souple moyen produit par chaque cylindre est une information fondamentale et pertinente pour l'estimation de la combustion; elle est l'image de la combustion que voit le moteur. L'estimateur précédent (5) nous permet d'estimer le signal du régime sous les cylindres mais aussi sa déco nposition de Fourier. Or, plus le couple est important plus l'excitation sur l'arbre cst grande. Dans ce sens il est possible de corréler le couple produit par le cylindra, et les coefficients de Fourier de la décomposition du signal du régime instantané (x 0). De façon générale, il est donc possible d'identifier une fonction ç o., qui permet de déterminer le PMI (Press ion Moyenne Indiquée) ou, de façon équivalente, le 25 couple moyen à partir des coefficients di: R'"+' --> R PMI Vj E [ n,n] (6) Cette fonction peut être une fonction polynomiale. Elle peut être déterminée empiriquement à partir d'essai. Par exemple on peut choisir la fonction ço suivante: d l=-n,j 0 T 0 avec rpo une constante à calibrer en fonction du régime moteur utilisé à l'aide de corrélations avec les me sures de banc moteur. Ce calibrage peut être réalisé à partir d'une tabulation, issue d'une optimisation linéaire consistant à ajuster la valeur de vo pour que les estimations soient le plus proche possible des paramètres du moteur (paramètres permetta lt le calibrage du moteur et fournis par le constructeur). 10 Résultats La figurel illustre l'estmation (Rest) du régime instantané xO sous les cylindres à partir de l'estimateur selon l'invention (5) décrit précédemment sur un point de fonctionnement à 1250tr/mi l moyenne charge. La figure 1 illustre également le régime instantané de référence RYef (calculé à partir des mesures de pression cylindre 15 au banc moteur). On observe une très bonne estimation du signal. La figure2 illustre l'estimation (PMIest) du couple cylindre à cylindre sur un point de fonctionnement à 15)Otr/min, à partir de l'estimateur selon l'invention (5) et d'une fonction ç' définie par l'équation (7). La figure 2 illustre également le couple moyen de référence (PMI,-ef) (calculé à partir des mesures de pression cylindre au 20 banc moteur). On observe unc très bonne estimation du signal. Le filtre adaptatif ainsi réalisé est performant, et surtout ne nécessite aucun réglage supplémentaire dans le cas de changement du point de fonctionnement. Aucune phase d'identificatior n'est nécessaire, seul un réglage des bruits de mesure et de modèle doit être effectué, une seule et unique fois Un contrôle moteur pot rra ainsi, à partir des couples reconstruits, adapter les masses de carburant injectées dans chacun des cylindres afin que les couples soient équilibrées dans tous les cylindres. Les intérêts d'une estimation du régime instantané produit par chaque cylindre et l'estimation du couple moyen cylindre à cylindre sont nombreux: (7) réduction des émissions polluantes; - amélioration de l'agrément de conduite (régularisation du couple délivré) ; - réductïon de la con sommation de carburant; diagnostic du système d'injection (détection de la dérive d'un injecteur ou 5 de la défaillance du système d'injection). REVENDICATIONS 1) Méthode pour estimer en temps réel le régime instantané produit par chacun des cylindres d'un noteur à combustion interne comprenant au moins un système de transmission rel é aux cylindres et un capteur qui réalise en temps réel une mesure (x;) du régira; instantané en bout dudit système de transmission, caractérisée en ce qu' elle coi aporte les étapes suivantes: a) on définit un signa L par une fonction comportant au moins un paramètre invariant au cours du temps, ce signal traduisant ledit régime instantané produit par chacun des cylindres; b) on établit, dans une échelle de temps angulaire, un modèle physique représentant en temps réel la dynamique dudit système de transmission en fonction: - de ladite mesure, ; dudit signal; d'un amortisse vent et d'une fréquence propre caractérisant ledit système de tram mission; c) on couple ledit moth le avec un estimateur non linéaire de type adaptatif; d) on réalise une estimation en temps réel du régime instantané produit par chacun des cylindres, à partir dudit estimateur non linéaire de type adaptatif. 2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ledit signal correspond à une décomposition en série l le Fourier dudit régime instantané produit par chacun des cylindres et lesdits param,;tres sont les coefficients de cette décomposition. 3) Méthode selon la revendication 2, dans laquelle l'estimation en temps réel du régime instantané comporte une estimation en temps réel desdits coefficients de la décomposition de Fourier du régime instantané produit par chacun des cylindres. 4) Méthode selon la revendication 3, dans laquelle on estime en temps réel le couple moyen de chacun des cylindres à partir de l'estimation desdits coefficients. 5) Application de la méthode selon les revendications précédentes à un contrôle moteur pour adapter les masses de carburant injectées dans chacun des cylindres afin de régler le couple moyen produit par chacun des cylindres.