Brevet FR2902519A1 — publié le 20071221

L'invention concerne le domaine des capteurs de pression, et plus précisément les capteurs de pression qui sont implantés dans un équipement tel qu'un moteur à combustion interne. Certains moteurs à combustion interne font l'objet d'une calibration sur un banc de test, avant leur implantation, par exemple dans un véhicule automobile, ou bien lors de révisions ou de maintenances. Ce type de calibration repose sur l'acquisition de mesures de grandeurs physiques, et notamment les mesures de la pression qui règne à l'intérieur d'une partie du moteur, comme par exemple la partie supérieure d'un cylindre. Pour obtenir ces mesures de pression, on utilise un capteur de pression de (très) haute stabilité, c'est-à-dire dont les paramètres physiques, comme par exemple le gain et le décalage de tension (ou offset ), varient peu ou pas en fonction de la température. Il est en effet rappelé que le cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne est constitué d'au moins deux temps (par exemple admission, compression, combustion (ou explosion) et échappement) au cours desquels la température varie fortement, en particulier dans la culasse où se trouve généralement placé le capteur de pression. Il a été récemment proposé d'implanter en permanence dans certains moteurs (par exemple dans au moins une bougie de préchauffage) un capteur de pression afin de fournir en temps réel au calculateur (ou électronique de bord ) associé des mesures de pression destinées à lui permettre de déterminer certains paramètres de fonctionnement du moteur. L'idéal serait d'utiliser des capteurs de pression du type de ceux utilisés sur les bancs de test, c'est-à-dire dont les paramètres physiques varient peu en fonction de la température. Mais, ces capteurs de pression à haute stabilité sont très onéreux, si bien qu'ils ne peuvent pas être utilisés en grande série, notamment dans le secteur automobile. On utilise donc des capteurs de pression moins onéreux, comme par exemple ceux comprenant un matériau piézoélectrique délivrant une tension électrique représentative de la pression dans son voisinage immédiat. Mais, du fait de leur faible ou moyenne stabilité, certains paramètres physiques de ces capteurs varient en fonction de la température, si bien qu'ils délivrent des mesures qui sont entachées d'une erreur qui varie d'un cycle à l'autre lorsque les conditions de fonctionnement du moteur varient brusquement. L'invention a donc pour but d'améliorer la situation, et plus précisément de permettre la poursuite de l'utilisation de capteurs de pression à faible ou moyenne stabilité. Elle propose à cet effet un dispositif dédié à la calibration d'au moins un capteur de pression d'un moteur à combustion interne, ledit capteur étant chargé de délivrer des mesures représentatives de la pression présente en un endroit choisi du moteur. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de traitement qui 2 sont synchronisés sur le cycle de fonctionnement du moteur et chargés de déterminer, pour des cycles choisis (éventuellement tous) et avant au moins un temps de cycle choisi, une calibration du capteur à partir des mesures qu'il délivre avant ce temps de cycle choisi et d'un modèle d'évolution de pression, de manière à permettre la correction des mesures en fonction de cette calibration pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi. Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : ses moyens de traitement peuvent être chargés d'estimer la valeur d'au moins un paramètre physique du capteur par minimisation de l'erreur quadratique entre certaines au moins des mesures et des valeurs du modèle d'évolution de pression qui correspondent à ces mesures ; - ses moyens de traitement peuvent être chargés de corriger les mesures pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi en fonction de chaque paramètre physique estimé, de manière à délivrer des mesures corrigées ; - les paramètres physiques estimés sont par exemple choisis parmi le gain et le décalage de tension (ou offset ) ; en présence d'un moteur à quatre temps, ses moyens de traitement peuvent être chargés de déterminer la calibration avant le troisième temps dit de combustion de chaque 20 cycle choisi ; - ses moyens de traitement peuvent être chargés de déterminer la calibration pendant le deuxième temps dit de compression de chaque cycle choisi. L'invention propose également un système dédié au contrôle d'un moteur à combustion interne et comprenant des moyens de contrôle chargés de déterminer et délivrer 25 des valeurs de paramètres de réglage du moteur, en fonction de commandes et de mesures de capteurs, et un dispositif de calibration du type de celui présenté ci-avant et destiné à alimenter en mesures de pression corrigées les moyens de contrôle. L'invention propose en outre un procédé dédié à la calibration d'au moins un capteur de pression d'un moteur à combustion interne et consistant : 30 - à acquérir au moyen du capteur des mesures représentatives de la pression présente en un endroit choisi du moteur, à déterminer pour des cycles choisis et avant au moins un temps de cycle choisi une calibration du capteur à partir des mesures acquises avant le temps de cycle choisi et d'un modèle d'évolution de pression, et 35 à corriger en fonction de cette calibration les mesures acquises pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi afin de délivrer des mesures de pression corrigées. 3 Par exemple, on peut estimer la valeur de l'un au moins des paramètres physiques du capteur en minimisant l'erreur quadratique entre certaines des mesures qu'il délivre et des valeurs du modèle d'évolution de pression qui correspondent à ces mesures. Puis, on peut corriger les mesures pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi en fonction de chaque paramètre physique estimé, afin de délivrer des mesures corrigées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre de façon très schématique et fonctionnelle une partie d'un moteur à combustion interne couplé à un système de contrôle équipé d'un exemple de réalisation d'un dispositif de calibration selon l'invention. Le dessin annexé pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour objet de permettre la calibration en temps réel d'au moins un capteur de pression CP implanté dans un moteur à combustion interne MR. Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que le moteur à combustion interne MR présente des cycles de fonctionnement comprenant quatre temps (un premier dit d'admission, un deuxième dit de compression, un troisième dit de combustion (ou d'explosion) et un quatrième dit d'échappement). Mais, l'invention n'est pas limitée aux moteurs à quatre temps. Elle concerne en effet tous les moteurs à combustion interne dont les cycles de fonctionnement comprennent au moins deux temps. Un tel moteur peut par exemple faire partie d'un véhicule automobile. Par ailleurs, et comme illustré sur l'unique figure, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le capteur de pression CP objet de la calibration fait partie d'une bougie de préchauffage B qui est implantée dans la culasse du moteur MR. II est donc chargé de mesurer la pression dans la partie supérieure d'un cylindre CY du moteur MR, dans laquelle se déplace un piston PN connecté à un vilebrequin. Mais cela n'est pas obligatoire. L'invention propose un dispositif D et un procédé de calibration. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, que le dispositif D (comme le procédé correspondant) n'est destiné qu'à calibrer un unique capteur de pression CP. Mais, un tel dispositif D peut être agencé pour calibrer plusieurs (au moins deux) capteurs de pression d'un même moteur MR (ou de moteurs différents). Un tel dispositif D peut, comme illustré, faire partie d'un système de contrôle (ou électronique de bord) SC, destiné à déterminer et délivrer des valeurs de paramètres de réglage (ou de fonctionnement) du moteur MR en fonction de commandes (ou instructions) et de mesures de capteurs (notamment le(s) capteur(s) de pression CP). Mais cela n'est pas obligatoire. Le dispositif D pourrait être également couplé (par voie filaire ou par voie d'ondes) au système de contrôle SC, afin de l'alimenter en mesures de pression corrigées. 4 Le dispositif D comprend principalement un module de traitement MT synchronisé sur le cycle de fonctionnement du moteur MR. Ce module de traitement MT est alimenté en mesures de pression MI délivrées (ou acquises) par le capteur de pression CP. On notera que le dispositif D peut être couplé (par voie filaire ou par voie d'ondes) au capteur de pression CP afin de recevoir directement de ce dernier les mesures MI. Mais, cela n'est pas obligatoire. On peut en effet envisager que le capteur de pression CP transmette ses mesures M1 à un module auxiliaire (faisant éventuellement partie du système de contrôle SC), par exemple via un bus, et que ce soit ce module auxiliaire qui retransmette les mesures M1 au dispositif D. Le module de traitement MT est chargé de déterminer, pour des cycles choisis et avant un temps de cycle choisi, une calibration du capteur de pression CP à partir d'un modèle d'évolution de pression et des mesures M1 que le capteur de pression CP délivre avant que ne commence le temps de cycle choisi. En d'autres termes, plutôt que d'utiliser en grande série des capteurs de pression de grande stabilité (très onéreux), on peut utiliser des capteurs de pression de faible ou moyenne stabilité et calibrer ces derniers en temps réel, c'est-à-dire lors des cycles choisis, afin que leurs mesures ne soient pas ou presque pas entachées d'erreurs. Le capteur de pression CP peut donc, par exemple, comprendre un matériau piézoélectrique de type piézo-céramique. Bien entendu, l'invention peut être également mise en oeuvre dans le cas de capteurs de pression de grande stabilité, lorsqu'une très grande précision de mesure est requise. Cette détermination peut par exemple se faire lors de chaque cycle, ou bien seulement lors de certains cycles choisis, comme par exemple un cycle sur N (avec N supérieur ou égal à deux, par exemple N = 5 ou 10). On peut également envisager que la calibration soit effectuée à la requête du module de contrôle MC du système de contrôle SC, qui est chargé de déterminer et délivrer les valeurs des paramètres de réglage du moteur MR en fonction des commandes et des mesures délivrées par les capteurs. Le dispositif D peut, comme illustré, comporter une mémoire MY dans laquelle est stocké le modèle d'évolution de pression qui est utilisé par le module de traitement MT pour effectuer chaque calibration. Mais, cela n'est pas obligatoire. On peut en effet envisager que le modèle d'évolution de pression soit stocké dans le module de traitement MT (par exemple codé en dur). Ce modèle représente par exemple l'évolution de la pression mesurée dans la partie supérieure du cylindre CY en fonction de l'angle du vilebrequin, qui varie de façon connue (généralement entre environ -100 et environ +100 ) pendant les différents temps de chaque cycle de fonctionnement. Il est déterminé préalablement de façon expérimentale par exemple au moyen d'un capteur de pression à haute stabilité. Le module de traitement MT peut par exemple estimer la valeur d'au moins un paramètre physique du capteur de pression CP en minimisant l'erreur quadratique entre certaines au moins des mesures M1 qu'il délivre et des valeurs du modèle d'évolution de 5 pression qui correspondent à ces mesures M1. Pour ce faire, il peut par exemple déterminer pour plusieurs mesures M1 correspondant à plusieurs valeurs d'angle différentes, par exemple trois ou quatre, les écarts qui séparent leurs valeurs de celles des points du modèle pour ces mêmes angles. La correspondance entre une mesure M1 et un point du modèle se fait grâce à la synchronisation du module de traitement MT sur le cycle de fonctionnement du moteur MR. Plus précisément, chaque fois que le module de traitement MT reçoit une mesure M1, il date son instant de réception et associe à cette mesure M1 l'angle de vilebrequin correspondant. Puis, le module de traitement MT détermine une erreur quadratique à partir de ces écarts, et finalement estime la valeur en cours d'au moins un paramètre physique à partir 15 d'une minimisation de cette erreur quadratique déterminée. Par exemple, le module de traitement MT peut estimer le gain et/ou le décalage de tension (ou offset ) du capteur de pression CP avant le temps choisi de chaque cycle de fonctionnement choisi. Il est alors en mesure de corriger les mesures M1 qui sont délivrées par le capteur de pression CP pendant au moins le temps choisi de chaque cycle choisi en 20 fonction de chaque paramètre physique estimé, de manière à délivrer des mesures corrigées M2. Mais, cette correction n'est pas obligatoirement faite par le module de traitement MT. On peut en effet envisager qu'elle soit effectuée par le module de contrôle MC. Dans ce cas, le dispositif D transmet les valeurs de chaque paramètre physique estimé au module de 25 contrôle MC, de sorte que ce dernier corrige lui-même les mesures M1 afin de n'utiliser que des mesures corrigées M2 pour déterminer et délivrer les valeurs des paramètres de réglage du moteur MR. Lorsque le moteur MR est à quatre temps, le module de traitement MT détermine préférentiellement la calibration avant le troisième temps (de combustion) de chaque cycle 30 choisi. II est ainsi possible de corriger les mesures M1 effectuées pendant la durée du troisième temps. C'est en effet pendant ce troisième temps que l'on utilise généralement les mesures de pression (cylindre) pour détecter des phénomènes anormaux, comme par exemple des cliquetis. Dans cette application aux moteurs à quatre temps, il est également avantageux 35 que la calibration du capteur de pression CP soit effectuée pendant un intervalle de temps qui est le plus près possible du troisième temps. Pour ce faire, le module de traitement MT peut par exemple déterminer la calibration pendant le deuxième temps (de compression) de 6 chaque cycle choisi. Dans ce cas, le modèle d'évolution de pression qui est utilisé n'a pas besoin de concerner les quatre temps d'un cycle. II suffit qu'il modélise l'évolution de la pression dans l'intervalle d'angles que prend le vilebrequin pendant le deuxième temps (généralement entre -50 et -20 ). Mais, d'autres modes de fonctionnement peuvent être envisagés selon l'application. Ainsi, on pourrait envisager de déterminer la calibration pendant chaque temps afin d'utiliser une calibration obtenue lors d'un temps donné pendant le temps suivant (dans ce cas, il faut utiliser un modèle qui modélise l'évolution de la pression sur tous les angles pris par le vilebrequin pendant les quatre temps d'un cycle). En variante, on pourrait envisager de déterminer la calibration pendant un temps choisi afin de l'utiliser pendant plusieurs temps suivants du même cycle. Le module de traitement MT et l'éventuelle mémoire MY du dispositif D selon l'invention peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques), ou de circuits électroniques, ou encore d'une combinaison de circuits et de logiciels. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de calibration, de système de contrôle et de procédé de calibration décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif de calibration (D) d'au moins un capteur de pression (CP) d'un moteur (MR) à combustion interne, ledit capteur (CP) étant agencé pour délivrer des mesures (MI) représentatives de la pression présente en un endroit choisi dudit moteur (MR), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement (MT) synchronisés sur le cycle de fonctionnement dudit moteur (MR) et agencés pour déterminer, pour des cycles choisis et avant au moins un temps de cycle choisi, une calibration dudit capteur (CP) à partir desdites mesures (Ml) qu'il délivre avant ledit temps de cycle choisi et d'un modèle d'évolution de pression, de manière à permettre la correction desdites mesures (M1) en fonction de ladite calibration pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer la valeur d'au moins un paramètre physique dudit capteur (CP) par minimisation de l'erreur quadratique entre certaines desdites mesures (M1) et des valeurs correspondantes dudit modèle d'évolution de pression. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour corriger lesdites mesures (Ml) pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi en fonction de chaque paramètre physique estimé, de manière à délivrer des mesures corrigées (M2). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits paramètres physiques estimés sont choisis dans un groupe comprenant au moins un gain et 20 un décalage de tension. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en présence d'un moteur (MR) dit à quatre temps , lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour déterminer ladite calibration avant un troisième temps dit de combustion de chaque cycle choisi. 25 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour déterminer ladite calibration pendant un deuxième temps dit de compression de chaque cycle choisi. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour déterminer ladite calibration à chaque cycle. 30 8. Système (SC) de contrôle d'un moteur à combustion interne (MR), ledit système (SC) comprenant des moyens de contrôle (MC) agencés pour déterminer et délivrer des valeurs de paramètres de réglage dudit moteur (MR), en fonction de commandes et de mesures de capteurs (CP), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de calibration (D) selon l'une des revendications 1 à 7 propre à alimenter en mesures de pression corrigées 35 (M2) lesdits moyens de contrôle (MC). 9. Procédé de calibration d'au moins un capteur de pression (CP) d'un moteur (MR) 8 à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste i) à acquérir au moyen dudit capteur (CP) des mesures (Ml) représentatives de la pression présente en un endroit choisi dudit moteur (MR), ii) à déterminer pour des cycles choisis et avant au moins un temps de cycle choisi une calibration dudit capteur (CP) à partir desdites mesures acquises avant ledit temps de cycle choisi et d'un modèle d'évolution de pression, et iii) à corriger en fonction de ladite calibration les mesures acquises pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi de manière à délivrer des mesures de pression corrigées. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on estime la valeur d'au moins un paramètre physique dudit capteur (CP) par minimisation de l'erreur quadratique entre certaines desdites mesures (M1) et des valeurs correspondantes dudit modèle d'évolution de pression, et en ce que l'on corrige les mesures (M1) pendant au moins le temps de cycle choisi de chaque cycle choisi en fonction de chaque paramètre physique estimé, de manière à délivrer des mesures corrigées (M2).