Brevet FR2929009A3 — publié le 20090925

FR 2929009 A3 20090925 FR 0801454 A 20080318 La présente invention concerne un procédé de réglage ou de mise au point automatique d'une fonction de régulation du fonctionnement d'un système, notamment de fonctionnement d'un moteur thermique. L'invention concerne aussi un logiciel permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. Elle concerne encore un support de données comprenant un tel logiciel. Elle concerne enfin un dispositif de réglage ou de mise au point mettant en oeuvre un procédé défini précédemment. L'invention concerne aussi un dispositif de régulation du fonctionnement d'un système, réglé par un tel procédé, c'est-à-dire un produit obtenu par l'utilisation d'un dispositif de réglage mettant en oeuvre le procédé de réglage précédent. Dans le domaine automobile, l'évolution des normes anti-pollution a poussé au développement de nombreuses nouvelles fonctions de régulation du contrôle moteur. Ces fonctions contribuent principalement à une meilleure maîtrise des émissions de base en sortie du moteur et à un meilleur contrôle des systèmes de post traitement (filtre à particules, piège à NOx, etc.... ). II y a donc aujourd'hui un potentiel de gains important sur la partie du processus de mise au point industrielle dédiée aux régulateurs. Les objectifs sont d'améliorer : û la productivité en réduisant le temps de mise au point, û la qualité de la régulation pour atteindre des objectifs, notamment 25 des objectifs d'émission. Le développement de méthodes de mise au point systématiques est un moyen d'atteindre ces objectifs. Cependant, des méthodes, basées sur les règles de l'automatique linéaire, ne sont pas efficaces pour prendre 30 en compte le fonctionnement non linéaire de certains régulateurs (par MS\REN067FR.dpt exemple ceux de la chaîne d'air des moteurs diesel: EGR, Volet, Suralimentation...). Les méthodes de mise au point actuelles des régulateurs non linéaires présents dans le contrôle moteur reposent sur des méthodes essais / erreurs dont l'application est en grande partie manuelle. La réussite de ces méthodes est fortement liée à l'expérience de la personne chargée de la réalisation, elles ne permettent donc pas d'obtenir un niveau de résultat certain en un temps donné sur l'ensemble des applications projets. II est en conséquence d'un grand intérêt de tendre vers la systématisation de ces tâches comme c'est le cas pour d'autres tâches de mise au point dans le contrôle moteur. Dans le domaine de la mise au point de systèmes, notamment de la mise au point de moteurs thermiques, il est bien évidemment connu de réaliser des simulations numériques de fonctionnement des systèmes. Cependant, de telles simulations sont complémentaires d'essais réels qui peuvent servir à valider les simulations numériques réalisées. Par exemple, on connaît de la demande EP 1 683 963 un procédé de mise en oeuvre d'une simulation numérique des effets du réglage de l'avance à l'allumage sur un moteur thermique. Ceci permet de participer à la mise au point un régulateur d'avance à l'allumage à partir d'un modèle numérique du moteur. On connaît en outre, notamment des demandes FR 2 453 276 et FR 2 798 702, des procédés et dispositifs de commande d'un moteur thermique. Ainsi, dans la demande FR 2 798 702, un régulateur de contrôle moteur utilise la quantité d'air fournie au moteur pour déterminer un réglage d'un organe dosant la quantité de gaz d'échappement recirculés. Dans la demande FR 2 453 276, on analyse la composition des gaz d'échappement pour définir la quantité de carburant à injecter MS\REN067FR.dpt dans le moteur. Dans ces deux cas, il s'agit de procédés et de dispositifs de régulation mis en oeuvre après la phase de mise au point du moteur, la phase de mise au point du moteur ayant justement servi à définir les paramètres ou réglages de ces procédés et dispositifs de régulation. Le but de l'invention est de fournir un procédé de mise au point automatique d'une fonction de régulation de la valeur d'un paramètre de fonctionnement d'un système permettant d'obvier aux inconvénients identifiés précédemment et permettant d'améliorer les procédés de mise au point connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de mise au point permettant de systématiser et d'automatiser la phase de mise au point en diminuant fortement sa durée et les besoins qu'elle requiert en main d'ceuvre et en immobilisation de matériel. Elle permet en outre de mettre au point des régulateurs non linéaires. Le procédé selon l'invention permet le réglage automatique d'une fonction de régulation du fonctionnement d'un système. II comprend les étapes suivantes : définir une condition, déterminer un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation, réaliser un essai de fonctionnement du système avec cet ensemble de caractéristiques, contrôler si la condition est respectée, les trois dernières étapes étant itérées tant que la condition n'est pas respectée. Le système peut être un moteur thermique, notamment un moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile. MS\REN067FR.dpi:30 4 L'étape de détermination d'un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation peut être réalisée par mise en oeuvre d'une procédure d'optimisation. La condition peut être une condition d'optimisation d'un paramètre de fonctionnement du système. La condition peut être une condition de minimisation ou de maximisation ou de franchissement d'une valeur seuil prédéterminé relative à un 10 paramètre de fonctionnement du système. L'étape de réalisation d'un essai peut être mise en oeuvre sur un banc d'essais du système. 15 Selon l'invention, le dispositif automatique de réglage d'une fonction de régulation du fonctionnement d'un système comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé défini précédemment. 20 Le dispositif peut comprendre : des moyens matériels et/ou logiciels de définition d'une condition, des moyens matériels et/ou logiciels de détermination d'un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation, 25 des moyens matériels et/ou logiciels de réalisation d'un essai de fonctionnement du système, des moyens matériels et/ou logiciels de régulation du fonctionnement du système, des moyens matériels et/ou logiciels de contrôle du respect de 30 la condition, et MS\REN067FR.dpt des moyens matériels et/ou logiciels d'enchaînement logique et/ou temporel des étapes du procédé défini précédemment. Selon l'invention, le support de données comprend des moyens logiciels 5 de mise en oeuvre du procédé de mise au point défini précédemment. Selon l'invention, le banc d'essais moteur comprend un dispositif automatique défini précédemment. Selon l'invention, le dispositif de régulation du fonctionnement d'un système est obtenu par le procédé de réglage défini précédemment. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un procédé de réglage ou de mise au point automatique 15 selon l'invention. La figure 1 est un logigramme d'un mode d'exécution du procédé de mise au point automatique selon l'invention. 20 La figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation d'un dispositif de mise au point selon l'invention. Le principe de l'invention consiste à coupler un dispositif d'essais de fonctionnement d'un système, notamment un moteur thermique, à un 25 dispositif d'optimisation numérique de manière à itérer des essais de fonctionnement du système jusqu'à atteindre une situation dans laquelle le fonctionnement du système est conforme à une condition ou un ensemble de conditions prédéfinies, des paramètres d'essais étant modifiés entre deux essais successifs par le dispositif d'optimisation. 30 Ainsi, le dispositif d'optimisation peut être utilisé pour trouver un réglage d'un régulateur du fonctionnement du système donnant les meilleurs MS\REN067FR.dpt résultats évalués ou mesurés directement sur le système pendant un essai. On décrit, ci-après, en référence à la figure 1, un exemple de mode 5 d'exécution du procédé de mise au point selon l'invention. Dans une première étape 100, on définit quelle fonction de régulation du fonctionnement du système l'on veut mettre au point. 10 Dans une deuxième étape 110, on définit une condition que doit respecter le système en fonctionnement. Le respect de cette condition est bien sûr influencé par les réglages d'un dispositif de régulation assurant la fonction de régulation que l'on a choisie de mettre au point. Cette condition repose évidemment sur des critères objectifs et 15 quantifiés. La condition peut bien entendu consister en un ensemble de plusieurs conditions. Dans une étape 120, on définit un cycle d'essai adapté pour caractériser l'ensemble des prestations que la fonction de régulation doit assurer 20 et/ou pour vérifier si la condition définie précédemment est bien respectée. Les formalisations des deux précédentes étapes définissent le cahier des charges, exprimé dans le domaine temporel, du dispositif de régulation 25 concerné. Elles doivent être faites à partir des prestations attendues de la fonction de régulation. Ces tâches de formalisation du cycle et de la condition sont spécifiques à chaque problématique de régulation et relève du métier de la mise au point. Un travail de méthodologie spécifique à chaque régulation est nécessaire pour déterminer ces 30 éléments. MS\REN067FR.dpt Dans une étape 130, on définit un noyau d'optimisation numérique spécifique à la fonction de régulation à mettre au point et à la condition que doit respecter le système en fonctionnement. Dans une étape 140, le dispositif d'optimisation ou l'opérateur définit un ensemble de caractéristiques relatives à la fonction de régulation que l'on veut mettre au point. L'ensemble de caractéristique peut consister en une seule caractéristique : ce peut être une valeur de consigne d'un paramètre régulé par la fonction de régulation. Dans une étape 150, on définit des conditions d'essai du système et on met ensuite en oeuvre un essai de fonctionnement de ce système. Bien entendu, durant cet essai, on détermine, notamment par mesure ou par évaluation, un ensemble de données relatives à différents paramètres de fonctionnement du système. Dans une étape 160, on vérifie, notamment en utilisant les données recueillies, si la condition définie à l'étape 110 est ou non respectée. Si tel est le cas, on passe à une étape 170 dans laquelle l'utilisateur est informé que la condition est respectée et informé des valeurs de réglage à retenir pour le dispositif de régulation. Si tel n'est pas le cas, on passe à une étape 180 dans laquelle le dispositif d'optimisation redéfinit l'ensemble des caractéristiques de l'étape 140. Le dispositif d'optimisation modifie ces caractéristiques dans un sens permettant de tendre, de manière probable, vers le respect de la condition. A l'issue de cette étape, le procédé boucle sur l'étape 150. Par exemple, dans le cas où le dispositif à mettre au point se rapporte à la régulation du fonctionnement d'un moteur thermique, on peut définir MS\REN067FR.dpt pour les essais un cycle de pilotage dynamique du moteur en régime et en charge. Il est alors par exemple possible d'apprécier l'impact des réglages du dispositif de régulation sur l'agrément de conduite et sur les émissions polluantes. Ces impacts peuvent être évalués de manière objective par des critères précis tels que notamment un écart de boucle, une erreur de traînage ou un temps de réponse. La condition évoquée précédemment peut être de tout type. Notamment, il peut s'agir d'une condition de maximisation d'un paramètre mesuré ou évalué lors d'un essai de fonctionnement du système, il peut s'agir d'une condition de minimisation d'un paramètre mesuré ou évalué lors d'un essai de fonctionnement du système, ou il peut encore s'agir d'une condition relative à un paramètre et portant sur un dépassement à la baisse ou à la hausse d'une valeur seuil. L'algorithme d'optimisation mis en oeuvre dans le dispositif d'optimisation doit être capable de traiter les problèmes non linéaires. De préférence, on utilise un algorithme de type SQP (Programmation Séquentielle Quadratique). Cependant, d'autres algorithmes peuvent aussi être utilisés. La mise au point ou le réglage de la fonction de régulatiion peut porter sur le type de régulation à mettre en oeuvre. Par exernple, il peut être nécessaire de choisir entre une régulation de type tout ou rien, de type proportionnelle, de type proportionnelle intégrale, de type proportionnelle intégrale dérivée, logique floue, linéaire, quadratique, retour d'état ou encore commande prédictive. La fonction de régulation peut être une fonction de régulation de la valeur 30 d'un paramètre de fonctionnement du système. Le réglage peut alors porter sur la valeur de consigne du paramètre de fonctionnement. MS\REN067FR.dp1: Un exemple de mode de réalisation d'un dispositif de mise au point automatique selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 2. Un tel dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé de mise au point automatique selon l'invention. Aussi, un tel dispositif comprend des moyens matériels et/ou logiciels permettant de mettre en oeuvre les étapes essentielles du procédé objet de l'invention. Les moyens logiciels peuvent consister en des programmes informatiques. Le dispositif de mise au point automatique 1 permet de mettre au point un dispositif 4 de régulation du fonctionnement d'un système 2. Il permet cette mise au point par une série d'essais successifs dans lesquels le système est piloté par un moyen de pilotage 3 en plus du dispositif 4 de régulation de fonctionnement. Le système est en outre instrumenté par un ensemble 7 de capteurs permettant de mesurer et/ou d'évaluer des paramètres de fonctionnement du système lors des essais. Un module 5 permet de définir les paramètres de pilotage du système, un module 6 permet de définir les réglages du dispositif de régulation et un module 8 permet de traiter les informations recueillies par l'ensemble de capteurs. De préférence, le module 6 intègre le dispositif d'optimisation évoqué précédemment. Celui-ci peut consister en un algorithme d'optimisation. Le dispositif de mise au point automatique comprend aussi un module 10 de définition de la condition et un module 11 de détermination du respect de cette condition. Les différents modules 5, 6, 8, 10 et 11 sont de préférence contenus dans un moyen 9 permettant notamment de régir les enchaînements logiques et/ou temporels des étapes essentielles du procédé de mise au point selon l'invention. Le procédé de mise au point selon l'invention permet de réaliser des gains de productivité importants en termes de temps, de main d'oeuvre et MS\REN067FR.dpt 10 de matériel immobilisé tel que notamment les bancs d'essais, les systèmes instrurnentés. II en résulte évidemment des gains économiques importants. Ces gains sont importants comparativement à une méthode dans laquelle on utiliserait des plans d'expérience, cette dernière méthode nécessitant un nombre d'essais nécessaire beaucoup plus important. Sur un moteur thermique, le procédé de mise au point automatique est notamment applicable à la mise au point des dispositifs de régulation 10 suivants : dispositif de régulation du taux de gaz d'échappement recirculés, dispositif de régulation d'un volet d'admission, ou dispositif de régulation de suralimentation. 15 Une fois mis au point par utilisation d'un dispositif de réglage selon l'invention (utilisant le procédé de réglage objet de l'invention), ces dispositifs de régulation constituent des produits utilisables. Notamment, ils peuvent être montés sur des moteurs produits en série. L'invention 20 concerne donc non seulement le dispositif de réglage (ou le procédé de réglage), mais aussi le dispositif de régulation obtenu grâce au dispositif de réglage (ou au procédé de réglage). Le procédé de mise au point automatique peut aussi être appliqué à tout 25 autre système et notamment tout autre système dans le domaine automobile. Par exemple, il peut être appliqué à la mise au point d'un système de freinage, d'un système de contrôle de trajectoire d'un véhicule ou encore à tout système de banc d'essais (moteur, véhicule, organes divers) automatisé ou automatisable (par exemple régulation 30 d'une vanne sur un dispositif de climatisation). MS\REN067FR.dpt Revendications : 1. Procédé de réglage automatique d'une fonction de régulation du fonctionnement d'un système (2), comprenant les étapes suivantes : définir une condition, déterminer un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation, réaliser un essai de fonctionnement du système avec cet ensemble de caractéristiques, contrôler si la condition est respectée, les trois dernières étapes étant itérées tant que la condition n'est pas respectée. 2. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système est un moteur thermique, notamment un moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile. 3. Procédé de réglage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination d'un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation est réalisée par mise en oeuvre d'une procédure d'optimisation. 4. Procédé de réglage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la condition est une condition d'optimisation d'un paramètre de fonctionnement du système. 5. Procédé de réglage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la condition est une condition de minimisation ou de maximisation ou de franchissement d'une valeur seuil prédéterminé relative à un paramètre de fonctionnement du système. MS\REN067FR.AM1 au propre. dpt 6. Procédé de réglage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de réalisation d'un essai est mise en oeuvre sur un banc d'essais du système. Dispositif (1) automatique de réglage d'une fonction de régulation du fonctionnement d'un système (2), comprenant des moyens (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé défini par l'une des revendications précédentes. 10 8. Dispositif (1) automatique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (10) matériels et/ou logiciels de définition d'une condition, 15 des moyens (6) matériels et/ou logiciels de détermination d'un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation, des moyens (3, 5) matériels et/ou logiciels de réalisation d'un essai de fonctionnement du système, des moyens (4) matériels et/ou logiciels de régulation du 20 fonctionnement du système, des moyens (7, 8, 11) matériels et/ou logiciels de contrôle du respect de la condition, et des moyens (9) matériels et/ou logiciels d'enchaînement logique et/ou temporel des étapes suivantes : 25 • définir une condition, • déterminer un ensemble de caractéristiques de la fonction de régulation, • réaliser un essai de fonctionnement du système avec cet ensemble de caractéristiques, 30 • contrôler si la condition est respectée. MS\REN067FR.AM1 au propre.dpt59. Support de données comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre du procédé de réglage selon l'une des revendications 1 à 6. 10. Banc d'essais moteur comprenant un dispositif automatique selon 5 l'une des revendications 7 à 8. 11. Dispositif (4) de régulation du fonctionnement d'un système (2), réglé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6. MS\REN067FR. AM1 au propre.dpt