Brevet FR2946746A1 — publié le 20101217

PROCEDE DE GENERATION D'UN PLAN D'EXPERIENCES A DYNAMIQUE LENTE [000l] L'invention concerne la phase de développement de moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, et en particulier l'étape consistant à définir la calibration optimale pour la loi de commande du moteur. Ceci doit être réalisé pour différents points de fonctionnement du moteur. [0002 Dans un moteur à combustion interne, l'application d'une combinaison de valeurs de paramètres d'entrée ou de commande conduit à des valeurs déterminées de paramètres de sortie du moteur en régime stabilisé. Ainsi, pour un moteur Diesel, les paramètres d'entrée comprennent notamment la durée, le débit et la synchronisation d'injection de carburant dans le cycle moteur. Les paramètres de sortie mesurés comprennent notamment la consommation de carburant et les niveaux d'émission d'oxydes d'azote, d'hydrocarbures imbrûlés, de particules et de monoxydes de carbone et éventuellement le bruit. Afin de respecter des normes d'émission de plus en plus contraignantes, l'optimisation du contrôle du moteur vise à déterminer les paramètres d'entrée qui réduisent au maximum ces niveaux d'émission. Ainsi, de nombreuses expérimentations doivent être effectuées sur un moteur et impliquent de pouvoir établir le plus rapidement possible sa calibration optimale. [0003] Une méthode connue pour déterminer la calibration de base de la loi de commande du moteur comprend la définition de plusieurs points de fonctionnement régime/charge. Un plan d'expériences est réalisé pour chacun de ces points de fonctionnement. Chaque plan d'expériences définit une série d'essais statiques à réaliser sur un banc d'essai moteur pour un point de fonctionnement donné, en faisant varier les paramètres d'entrée entre chaque essai. Lorsque le fonctionnement du moteur est encore inconnu, le plan d'expériences fait appel à une méthode dite de � space-filling � afin de minimiser le nombre d'essais tout en ayant une répartition assez uniforme des valeurs des paramètres d'entrée testés. Chaque essai étant assimilé à un vecteur ayant la dimension du nombre de paramètres d'entrée, la méthode NOLH (pour Nearly Orthogonal Latin Hypercube) permet de générer des vecteurs d'essais quasiment orthogonaux tout en optimisant la répartition des valeurs des paramètres d'entrée. On effectue généralement de l'ordre d'une cinquantaine d'essais statiques par point de fonctionnement. Le plan d'expériences des paramètres d'entrée est réalisé pour optimiser le positionnement global des essais dans l'espace des entrées. [0004] Une fois la planification réalisée, on réalise les essais du plan d'expériences. Pour chaque essai, on stabilise les paramètres d'entrée à leur valeur de consigne, on attend la stabilisation des paramètres de sortie, puis on mesure la valeur de ces paramètres de sortie. A partir de modélisations statistiques, on détermine des lois mettant en relation les valeurs des paramètres d'entrée et les valeurs des paramètres de sortie. A partir de ces lois, on optimise les paramètres d'entrée, notamment afin de réduire au maximum les émissions de polluants. [0005] La revue MTZ d'Avril 2007, volume 68, page 276, présente un article intitulé � Rapid Measurement, Basic combustion engine calibration in one-day �. Cet article décrit un procédé de détermination d'une calibration de base d'un moteur à combustion. Ce procédé comprend l'utilisation de mesures effectuées durant des phases transitoires du moteur, lorsque les paramètres d'entrée ou de sortie ne sont pas stabilisés. Un modèle est ensuite utilisé pour prédire le fonctionnement du moteur en statique sur la base des mesures transitoires. [0006] Selon ce procédé, un plan d'expérience est défini pour chaque point de fonctionnement. Durant les essais pour un point de fonctionnement, les valeurs des paramètres de sortie sont mesurées quasiment en continu (c'est-à-dire à une fréquence d'échantillonnage élevée) alors que les paramètres d'entrée sont modifiés. Ainsi, aucune étape de stabilisation des paramètres n'est réalisée. Les valeurs des paramètres de sortie mesurées sont utilisées pour adapter un modèle statistique dynamique durant les essais. Ce modèle dynamique est employé pour estimer la valeur stabilisée finale d'un paramètre de sortie. Cette estimation de la valeur permet de déterminer en un temps très bref si elle vérifie des contraintes physiques du moteur, comme par exemple un niveau maximal d'émission. Une telle méthode dynamique permet de réduire la durée totale des essais pour des performances similaires à la méthode statique. [000n Les méthodes d'élaboration des plans d'expériences connues visent à réduire le nombre d'essais en favorisant une répartition la plus uniforme possible des valeurs des paramètres d'entrée dans l'espace des valeurs d'entrée. Les plans d'expériences définissent également le pas temporel entre les essais successifs selon un compromis entre la durée totale des essais et la représentativité des valeurs de sortie à la fin d'un pas temporel. [000s] Les plans d'expériences dynamiques tendent à réduire le pas temporel d'application de chaque essai au banc moteur, ce qui peut causer des instabilités au niveau de la réalisation des consignes, particulièrement en ce qui concerne la boucle d'air, dont la régulation de l'actionneur s'avère être un point critique lors d'excitations à fréquence élevée. [000s] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé de génération d'un plan d'expériences d'essais successifs à exécuter sur un banc moteur pour un point de fonctionnement donné d'un moteur à combustion interne, ledit plan d'expériences définissant des consignes d'entrée du moteur variant pour mesurer des paramètres de sortie de ce moteur, les consignes d'entrée comprenant au moins deux consignes de régulation de paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur, ledit procédé comprenant les étapes de : • définir l'ensemble des essais successifs à exécuter ; • définir un ordre des essais minimisant la distance totale entre les essais successifs, la distance entre deux essais successifs étant fonction de l'écart 20 entre les consignes de régulation des paramètres d'écoulement de gaz. [ooio] Selon une variante, la distance entre deux essais successifs est calculée exclusivement en fonction desdites consignes de régulation de paramètres d'écoulement de gaz. [0011] Selon encore une variante, lesdits paramètres d'écoulement de gaz 25 comprennent la pression de suralimentation. [0012] Selon une autre variante, lesdits paramètres d'écoulement de gaz comprennent le taux de gaz d'échappement recyclés. [0013] Selon encore une autre variante, la valeur de consigne des paramètres d'écoulement est normée avant de calculer la distance entre les essais successifs. 30 [0014] Selon une variante, l'ordre des essais est défini par une méthode de recherche opérationnelle. [0015] Selon encore une variante, le procédé comprend une phase de définition de la durée de chaque essai, cette phase la réalisation d'un premier essai pour mesurer l'ensemble des paramètres de sortie correspond à l'ensemble de consignes d'entrée de ce premier essai, la réalisation d'un second essai en faisant varier une consigne d'entrée d'un échelon, la mesure des paramètres de sortie pour ce second essai et du temps nécessaire pour stabiliser la mesure suite à cette variation d'un échelon - et la répétition de ces essais pour déterminer pour toute variation de un échelon de chacune des consignes d'entrée, le temps de stabilisation nécessaire et le choix du plus long temps de stabilisation comme durée totale d'un essai faisant varier une pluralité de consignes d'entrée d'une variation d'un échelon. [0016] Selon une variante, le temps nécessaire pour une mesure stabilisée est considéré comme celui à partir duquel au moins une fraction spécifique des variations des paramètres de sortie dues à cette variation d'un échelon est atteinte. Ce seuil pourra être par exemple de 90%. Autrement dit, si lors du premier essai on mesure une valeur 100 et lors du second essai une valeur 101 après stabilisation, le temps de stabilisation retenu sera celui à partir duquel la valeur est de 100,9 - ce qui permet de diminuer fortement le temps total alloué à chaque essai. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une représentation schématique d'un banc moteur ; • la figure 2 est un logigramme d'un procédé de génération d'un plan d'expérience ; • la figure 3 représente l'évolution d'un paramètre de sortie lors de l'application d'un échelon de consigne (en normalisé) ; • la figure 4 est une carte de points de paramètres d'entrée du plan d'expérience ; • la figure 5 est la carte de points de la figure 4 définissant l'ordre des essais du 30 plan d'expérience ; • les figures 6 et 7 définissent l'évolution de consignes d'entrée selon l'ordre défini à la figure 5. [oois] L'invention propose de définir un plan d'expériences d'essais successifs à exécuter sur un banc moteur pour un point de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. Le plan d'expérience définit les consignes d'entrée du moteur, dont les variations induisent des variations sur les paramètres de sortie du moteur. Les consignes d'entrée incluent au moins deux consignes de régulation de paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur. Après avoir défini l'ensemble des essais successifs à exécuter, un ordre des essais à exécuter est défini, de façon à minimiser la distance totale entre les essais successifs. La distance entre deux essais successifs est fonction des consignes de régulation d'au moins deux paramètres d'écoulement de gaz. [0019] L'invention permet de réaliser les essais successifs en évitant une instabilité au niveau d'une boucle de régulation des paramètres d'écoulement de gaz. L'invention permet également d'aboutir à une convergence plus rapide des paramètres de sortie à chaque nouvel essai, en particulier pour un plan d'expériences dynamique. [0020] La figure 1 illustre un exemple de banc moteur 1 mettant en oeuvre un plan d'expériences dynamique selon l'invention. Le banc moteur 1 comprend un moteur 2 muni d'une commande 3 de paramètres de fonctionnement du moteur. La commande 3 peut notamment appliquer des consignes d'entrée pour différents actionneurs. Ces consignes peuvent notamment porter sur la pression de carburant dans une rampe commune d'injection, l'avance à l'injection principale, les avances à l'injection pilote ou le débit des injections pilote. Certaines consignes portent sur des paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur : ce sont par exemple le débit de gaz d'échappement recyclés à l'admission, ou la pression de suralimentation. Des instruments de mesure 4 mesurent en continu des paramètres de sortie du moteur 2, tels que la concentration d'oxydes d'azote, de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement. Le banc moteur 1 comprend une machine électrique 5 appliquant un couple résistif sur l'arbre de sortie du moteur en fonction d'une valeur de consigne. [0021] Le banc moteur 1 comprend par ailleurs un dispositif d'exécution d'un logiciel de contrôle moteur 6. On peut notamment envisager d'exécuter l'application commercialisée sous la référence INCA par la société ETAS. [0022] Le banc moteur 1 comprend par ailleurs un dispositif d'exécution 7 d'un logiciel de contrôle du banc. Ce logiciel peut lire le plan d'expérience dynamique présenté sous forme de fichier. On peut notamment envisager d'exécuter l'application diffusée sous la référence Puma Open. Le dispositif d'exécution 7 comprend un organe d'enregistrement 8. Le dispositif d'exécution 7 est connecté à un dispositif de stockage de données 9, par exemple d'une base de données relationnelles. [0023] L'organe 8 permet d'enregistrer des valeurs de paramètres généraux de fonctionnement du moteur tels que des températures, des pressions ou des débits. Le dispositif d'exécution 6 permet aussi d'enregistrer les paramètres d'entrée appliqués sur le moteur 2 et de les synchroniser avec les paramètres de l'organe d'enregistrement 8. Le dispositif 6 peut être connecté au dispositif 8 par l'intermédiaire d'une connexion ASAP3. Le dispositif 6 permet de mesurer et de stocker temporairement les mesures afin de ne pas charger la connexion avec l'organe d'enregistrement 8 durant l'exécution du plan d'expérience. [0024] La figure 2 illustre un logigramme d'un procédé de génération du plan d'expérience d'essais. Lors d'une étape 11, on génère un ensemble d'essais successifs du plan d'expérience pour un point de fonctionnement donné. Ces essais peuvent être déterminés de façon connue en soi en faisant appel à une méthode dite de � space-filling � afin de minimiser le nombre d'essais tout en ayant une répartition assez uniforme des valeurs des paramètres d'entrée dans l'espace. Chaque essai étant assimilé à un vecteur ayant la dimension du nombre de paramètres d'entrée réels, la méthode NOLH (pour Nearly Orthogonal Latin Hypercube) permet de générer des vecteurs d'essais quasiment orthogonaux tout en optimisant la répartition des valeurs des paramètres d'entrée. [0025] Cette matrice aura une taille de N par D, avec : • D le nombre de paramètres d'entrée réels du moteur (par exemple six pour un cas simple), c'est-à-dire la dimension spatiale de ces paramètres d'entrée ; • N le nombre d'essais du plan d'expérience. [0026] Lors d'une étape 12, les consignes de régulation des paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur sont normalisées et prennent ainsi des valeurs comprises entre -1 et 1. Dans l'exemple, ces paramètres sont la pression de suralimentation et le débit d'air de gaz d'échappement recyclé à l'admission. Les valeurs normalisées de ces consignes sont identifiées respectivement par PSurNor et QAirNor à la figure 4. Comme illustré à la figure 4, les valeurs normalisées de ces consignes définissent des coordonnées pour les différents essais du plan d'expérience. [0027] Lors d'une étape 13, la distance entre ces différentes coordonnées est calculée pour l'ensemble des essais. La distance est ici définie comme la distance euclidienne entre les essais dans l'espace défini seulement par les paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur. La priorité dans la définition de l'ordre des essais est alors uniquement la stabilité des boucles d'écoulement de gaz. [0028] Lors d'une étape 14, un ordre des essais du plan d'expériences est défini. Sur la base des distances calculées à l'étape 13, on détermine un ordre des essais minimisant la distance totale pour l'ensemble des essais successifs. Dans l'exemple, comme seuls les paramètres d'écoulement de gaz sont pris en compte pour calculer la distance totale, la définition de l'ordre des essais favorise une variation minimale de ces paramètres d'écoulement. Ainsi, la stabilité du moteur 1 est sensiblement améliorée lors de la réalisation de chaque nouvel essai. Cette stabilisation permet notamment de réduire le pas temporel entre les essais successifs puisque les valeurs de consignes peuvent être atteintes plus rapidement. Dans l'exemple de la figure 4, les points correspondent aux différents essais du plan d'expériences dans le plan représentant le débit d'air recyclé en abscisse et la pression de suralimentation en ordonnée. La détermination de l'ordre des essais - suivant le chemin illustré à la figure 5 - peut être réalisée par des méthodes de résolution du problème de voyageurs de commerce. Le but de cette méthode est de définir un trajet passant par chacun des points une seule fois, ce trajet devant présenter une distance minimale. Un trajet de distance minimale pourra être déterminé de façon connue en soi par une méthode itérative de recherche opérationnelle. TD correspond à la distance minimale de ce trajet. On note It le nombre d'itérations ayant permis d'aboutir à cette distance minimale. Un facteur correctif pourra également être appliqué à l'une des consignes normalisées pour le calcul de la distance, pour accroître ou réduire sa prépondérance par rapport à une autre consigne de régulation de paramètres d'écoulement. [0029] Lors d'une étape 15, le pas temporel ou la durée de chaque essai est déterminé. Pour cela, les paramètres de sortie du moteur 1 sont mesurés après stabilisation, durant un premier essai. [0030] On effectue un second essai, réalisé en appliquant un échelon entre es consignes d'entrée des premier et deuxième essais. Le diagramme de la figure 3 illustre la variation d'un paramètre de sortie d'indice j à partir du début de second essai. Le paramètre de sortie Ej passe progressivement de la valeur initiale stabilisée lors du premier essai à sa valeur finale stabilisée lors du deuxième essai dans un temps donné (Tij). [0031] En faisant varier les consignes d'entrée sur lesquelles on applique une variation d'un échelon, on va obtenir différentes durées pour obtenir les valeurs finales stabilisées. Selon l'invention, on va alors choisir la valeur maximale des valeurs Tij obtenues pour l'ensemble des essais. En définissant une durée T insuffisante pour garantir la stabilisation complète des paramètres de sortie en réponse à un échelon, on peut réduire la durée des essais réalisés lors de l'exécution du plan d'expériences. [0032] Par ailleurs, on note que pour cette figure 3, on a défini une valeur Tij non pas correspondant à l'instant où toute la variation du paramètre de sortie due à la variation de l'échelon est obtenue, mais une valeur pour laquelle un seuil donné, exprimé comme une proportion de la différence entre les valeurs stabilisées des premier et deuxième essais a été obtenu. En pratique, comme ici illustré, ce seuil est avantageusement de par exemple 90% - la valeur finale étant typiquement obtenue selon une courbe asymptotique de sorte que l'essai pourrait être prolongé quasi indéfiniment sans réel gain de précision dans les mesures. [0033] Cette valeur maximale de Tij, ou plus exactement cette valeur maximale 30 pour laquelle le seuil prédéterminé est atteint est donc choisie comme le pas temporel la durée de chaque essai T. [0034] Les diagrammes des figures 6 et 7 représentent l'évolution temporelle respective des paramètres QAirNor et PSurNor pour l'ordre des essais définis par le trajet de la figure 5. On peut constater que l'écart est réduit entre les valeurs de ces paramètres pour des essais successifs. [0035] Etant donné le taux de recirculation de gaz d'échappement de plus en plus élevé utilisé (en particulier pour des moteurs diesel) pour abaisser les niveaux d'émission des moteurs à combustion interne, le contrôle des boucles de régulation des consignes paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur sont de plus en plus importants.10 REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'un plan d'expériences d'essais successifs à dynamique lente, à exécuter sur un banc moteur (1) pour un point de fonctionnement donné d'un moteur à combustion interne (2), ledit plan d'expériences définissant des consignes d'entrée du moteur variant pour mesurer des paramètres de sortie de ce moteur, les consignes d'entrée comprenant au moins deux consignes de régulation de paramètres d'écoulement de gaz dans le moteur, ledit procédé comprenant les étapes de définition de l'ensemble des essais successifs à exécuter et d'un ordre des essais minimisant la distance totale entre les essais successifs, la distance entre deux essais successifs étant fonction de l'écart entre les consignes de régulation des paramètres d'écoulement de gaz. 2. Procédé de génération d'un plan d'expériences selon la revendication 1, dans lequel la distance entre deux essais successifs est calculée exclusivement en fonction desdites consignes de régulation de paramètres d'écoulement de gaz. 3. Procédé de génération d'un plan d'expérience selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits paramètres d'écoulement de gaz comprennent la pression de suralimentation. 4. Procédé de génération d'un plan d'expériences selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits paramètres d'écoulement de gaz comprennent le débit à l'admission de gaz d'échappement recyclé. 5. Procédé de génération d'un plan d'expérience selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de consigne des paramètres d'écoulement est normée avant de calculer la distance entre les essais successifs. 6. Procédé de génération d'un plan d'expériences selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ordre des essais est défini par une méthode de recherche opérationnelle. 7. Procédé de génération d'un plan d'expériences selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une phase de définition de la durée de chaque essai, cette phase la réalisation d'un premier essai pour mesurer l'ensemble des paramètres de sortie correspond à l'ensemble de consignes d'entrée de ce premier essai, la réalisation d'un second essai en faisant varier une consigne d'entrée d'un échelon, la mesure des paramètres de sortie pour ce second essai et du temps nécessaire pour stabiliser la mesure suite à cette variation d'un échelon - et la répétition de ces essais pour déterminer pour toute variation de un échelon de chacune des consignes d'entrée, le temps de stabilisation nécessaire et le choix du plus long temps de stabilisation comme durée totale d'un essai faisant varier une pluralité de consignes d'entrée d'une variation d'un échelon. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le temps nécessaire pour une mesure stabilisée est considéré comme celui à partir duquel au moins une fraction spécifique des variations des paramètres de sortie dues à cette variation d'un échelon sont obtenues.