Brevet FR2985318A1 — publié le 20130705

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de déter- mination d'une vitesse de rotation moyenne d'un arbre d'entraînement en rotation d'un moteur thermique. Etat de la technique Selon l'état de la technique, on connaît un procédé de calcul prévisionnel d'une vitesse prévisible pour au moins certains points caractéristiques de la fin de mouvement d'un moteur. Selon le document DE-10 2008 041 037 Al, il est connu de fonder le calcul pré- visionnel sur la vitesse (vitesse de rotation) et l'instant des points morts hauts suivants (OT) et points morts bas (UT) en s'appuyant sur les paires de vitesse de rotation/temps des derniers points morts (OT) ou (UT) déclenchés. Selon le document DE 10 2010 009 648 A1, il est connu de déterminer une fin de mouvement moyenne à partir d'un segment connu du parcours et à l'aide de propriétés caractéristiques connues dépendant de la position angulaire de l'arbre d'entraînement, de déterminer une prévision pour la vitesse de rotation effective future. Dans le cas d'un moteur thermique qui est en fin de fonc- tionnement, il faut pouvoir calculer de manière prévisionnelle la vitesse et la position du vilebrequin en fonction du temps à un instant quelconque. En outre, le procédé selon l'invention présenté ici permet de prévoir la suite de la fin du mouvement et, pour cela, on tient compte des paramètres actuels du moteur décisif pour cette fin de mouvement ainsi que des conditions actuelles de l'environnement. Lors de la coupure d'un moteur thermique (monocylindre, moteur à plusieurs cylindres, moteur à essence, moteur Diesel), le moteur ne s'immobilise pas immédiatement mais continue à tourner d'une manière caractéristique. En particulier, on peut attribuer une pente moyenne (vitesse de rotation en fonction du temps) à cette fin de mouvement ; cette pente moyenne représente la composante linéaire de la fin de fonctionnement. La pente moyenne se détermine essentiellement par le couple de friction et de charge appliqué instantanément au moteur thermique. A cause des cycles de compression et de décompression, cette composante linéaire est combinée à une composante oscillante caractéristique dépendant du type de moteur. Cette composante oscillante se détermine pour l'essentiel par la conversion de l'énergie ciné- tique en énergie de position (énergie de compression) et réciproquement. Pour chaque type de moteur, on peut établir une courbe caractéristique de transformation d'énergie (courbe caractéristique ETF ou plus simplement caractéristique ETF). Cette courbe donne l'amplitude de la vitesse de rotation (normée sur l'unité) en fonction de la position du vilebrequin. Le coeur du procédé consiste à déterminer la vitesse de rotation compensée en amplitude à partir de la vitesse de rotation mesurée réellement par un procédé par itérations successives. En cas de compensation correcte, les vitesses de rotation compensées se placent sur une droite. Ces vitesses de rotation linéaires correspondent à une moyenne appropriée et la pente moyenne de fin de mouvement et le point d'appui sont déterminés pour la prévision. Le procédé tient compte de l'effet physique selon lequel les amplitudes maximales de la composante oscillante dépendent de la vitesse de rotation (courbes ca- ractéristiques d'amplitude) et pour la détermination par itération de la vitesse de rotation compensée, le procédé utilise la courbe caractéristique ETF à partir de la vitesse de rotation réelle. Pour prévoir la fin de mouvement, on transpose la pente ainsi obtenue de façon prévisionnelle. Ce tracé linéaire est combiné à la composante oscillante par la caractéristique ETF. Pour la prévision, le procédé tient également compte de l'effet physique selon lequel les amplitudes maximales de la composante oscillante dépendent de la vitesse de rotation. Exposé et avantages de l'invention Le procédé selon l'invention a l'avantage que la vitesse prévisionnelle ne se calcule pas seulement pour quelques points caractéristiques mais le profil de la vitesse est calculé de manière prévisionnelle pour les étapes restant de temps ou d'angle ou de vitesse de rotation. En outre, de façon avantageuse vis-à-vis des procédés connus, l'analyse de la fin de mouvement du moteur repose sur de nombreuses données d'entrée (à savoir toutes les données de fin de mouvement disponibles). Un écart d'un unique jeu de données ne se répercute dans ces conditions que légèrement sur l'analyse de la fin de fonctionnement globale. Il est en outre avantageux que les données prévision- nelles ne soient pas disponibles seulement à la fin d'une période mais soient disponibles à chaque instant événementiel pour un pronostic. Selon une autre caractéristique, le procédé est construit sur des données précédemment enregistrées correspondant à la fin de mouvement du moteur. Cela signifie que les influences du moteur, les influences spécifiques à l'environnement qui se répercutent sur la pente de fin de mouvement et l'amplitude de compression, sont automatique- ment prises en compte dans la prévision respective. Il s'agit entre autres des éléments suivants : couple de friction et de charge variant à court terme et à long terme dans le moteur thermique (consommateurs, installation de climatisation, ...) générant une pression brièvement ou à long terme dans la tubulure d'admission (en fonction de la position du volet d'étranglement, la pression d'air, de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, ...) et des fuites variables dans le cycle de compression (vieillissement du moteur). Le procédé tel que décrit peut s'appliquer à des systèmes de fonctionnement en marche/arrêt selon lesquels le démarreur ou son pignon doivent être engrenés dans le moteur ou sa couronne dentée en- core immobile. Pour cela, pour l'engrènement synchrone du démarreur, il faut connaître la vitesse de rotation du moteur thermique à différents instants et cela de manière préalable. Le système peut également s'appliquer à des systèmes marche/arrêt dans lesquels le démarreur ou son pignon viennent juste de s'immobiliser et viennent avec une faible vitesse de rotation résiduelle dans le moteur thermique encore rotatif ou dans la couronne dentée. Pour cela, il faut que l'instant auquel le moteur est arrêté avec certitude où la vitesse se trouve en-dessous du seuil de vitesse de rota- tion soit calculé préalablement. Le procédé peut également s'appliquer à des commandes de moteur. On peut calculer de façon préférentielle le moment auquel le moteur sera arrêté certainement ou encore si la vitesse de rotation est inférieure ou encore supérieure à un seuil de vitesse de rotation prédé- fini. Dessins : La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de procédés de détermination de la vitesse de rotation moyenne de l'arbre d'entraînement d'un moteur thermique, repré- senté dans les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 montre un exemple de comportement de la vitesse de rotation d'un arbre d'entraînement d'un moteur thermique avec un tracé polygonal, - la figure 2 montre une droite résultante moyenne, - la figure 3 montre un exemple d'une sous-compensation, - la figure 4 montre un exemple d'une sur-compensation, - la figure 5 montre un exemple d'une bonne détermination périodique d'une droite de compensation, - la figure 6 montre un exemple d'une détermination périodique non optimale d'une droite de compensation, - la figure 7 montre un exemple de quelques prévisions, - la figure 8 est un schéma très symbolique d'un moteur thermique. Mode de réalisation : Pour un moteur, c'est-à-dire un moteur thermique qui est en phase de fin de fonctionnement, on peut formuler une caractéris- tique de transformation d'énergie (caractéristique ETF) normée, spécifique du type de moteur. Cette caractéristique est disponible dans une unité centrale CPU, de manière appropriée par exemple sous la forme d'un tableau de mise à jour. Une telle caractéristique est connue, selon l'état de la technique. Elle indique de manière fidèle en fonction de l'angle (angle du vilebrequin) la partie de l'énergie maximale de position qui est précisément transformée en énergie cinétique au niveau du vilebrequin. Cela signifie que la caractéristique ETF caractérise la conversion d'énergie se produisant de manière cyclique passant de l'énergie de position à l'énergie cinétique et réciproquement. Les minima de la ca- ractéristiques ETF se situent de manière caractéristique aux positions du point l'allumage OT du moteur thermique : l'énergie accumulée lors de la compression est alors maximale et « fait défaut » ainsi comme participant à l'énergie cinétique du moteur. Pour un moteur thermique qui se trouve en phase de fin de fonctionnement, on peut formuler une caractéristique d'amplitude « standard » spécifique au type de moteur. Cette caractéristique est fournie à l'unité CPU de manière appropriée, par exemple comme tableau de mise à jour. Le procédé de compensation d'amplitude utilise la caractéristique d'amplitude selon le document DE-102010009648 Al auquel il est fait expressément référence. A la fin de l'injection/allumage, le moteur thermique est en phase de fin de fonctionnement. Pendant la fin de fonctionnement les données relatives à la vitesse de rotation et à la position du vilebre- quin sont appairées avec l'information de temps. De façon préférentielle, pour chaque fin de mouvement, on saisit tout d'abord les données correspondant à tous les points d'événement ou tous les points d'événements sélectionnés ; ces données sont ensuite traitées dans l'unité CPU. En fonction des données saisies actuellement, on calcule alors de façon prévisionnelle la suite de la fin du mouvement. On décrire ci-après tout d'abord la détermination par itération d'une vitesse de rotation compensée ou linéarisée. La figure 1 montre, à titre d'exemple, le comportement en rotation d'un arbre d'entraînement 13 (figure 8) d'un moteur thermique 5 avec un tracé polygonal 10. La figure montre également la droite ré- sultante, moyenne 20. Pour un point à t=0,8s, la vitesse de rotation effective ni = 275/min est représentée avec également d'autres valeurs. Il s'agit de la valeur déterminée par itération qui est répérée par un triangle. Cette valeur est caractérisée par "n lin i,p+1" = n lin1,2 = 212/min" (p=1, première étape d'itération; i = instant actuel) et elle a la grandeur indiquée. Par une autre étape d'itération P=2, on a calculé la valeur pour "n lin i,p+1" = n lin1,3 = 204/min" (avec un carré représenté sur son sommet). Avec d'autres étapes d'itération et ici la dernière étape d'itération p=3, on a calculé la valeur "n lin i,p+1" = n lin1,4 = 200/min". Cette valeur correspond à la valeur moyenne effective n lin. Pour déterminer les valeurs par itération, on procède comme suit : partant de la vitesse de rotation actuelle effective ni, on obtient n_lin i,p+1 comme première approximation d'une vitesse de rotation compensée (vitesse de rotation linéarisée) comme différence entre la vitesse de rotation effective actuelle ni diminuée du produit d'une amplitude pondérée ampl_weightp (n lin,p) et d'un coefficient d'amplitude dépendant de l'angle ampl_ETFi (phi(i)). (1) n_lin i,p+1 = n_actuali - ampl_weightp (n_lini,p) * ampl_ETFi (phi(i)) dans cette formule p=1 et n_lini,1 = n_actuali = ni. p est un compteur d'itération par exemple p = 1 à 4 ; ampl_weight est une amplitude pondérée en fonction de la vitesse de rotation, ampl_ETF est un coefficient d'amplitude dépendant de l'angle à partir de la caractéristique ETF ; l'angle phii est l'angle de l'arbre d'entraînement à l'instant i. Pour les étapes d'itération suivantes pour n actuali, on utlise chaque fois dans l'étape d'itération, la valeur n_lin i,p+1 obtenue précédemment. On obtient ainsi n_lin i,p+1 = n_lin i,2 : (2) n_lin i,2 = ni - ampl_weightp (n_lin i,2) * ampl_ETFi(phi(i)) = 212/min. n_lin I,p+1 = n_lin 1,3 résulte de (3) n_lin i,3 = ni_lin i,2 - ampl_weightp (n_lin i,3) * ampl_ETFi(phi(i)) = 204/min. n_lin i,p+1 = n_lin i,4 résulte de (4) n_lin i,4 = ni_lin i,3 - ampl_weightp (n_lin i,4) * ampl_ETFi(phi(i)) = 200/min. Le coefficient d'amplitude est ainsi pour le même pour toutes les étapes d'itération. "L'amplitude pondérée" est en revanche celle de la vitesse de rotation moyenne approchée n lini,p+1 déterminée préalablement. On a ainsi un procédé pour déterminer une vitesse de ro- tation moyenne n-lin,p+1 d'un arbre d'entraînement 13 rotatif d'un mo- t teur thermique 10 par rapport à une position de rotation phii ; l'arbre d'entraînement 13 rotatif prend différentes positions de rotation phii et a une vitesse de rotation instantanée effective ni à l'instant ti qui correspond à la position de rotation phii ; en première approximation, dans la première étape p=1 on a une vitesse de rotation moyenne approchée 10 n lini,p+1 qui est la différence de la vitesse de rotation effective ni à l'instant ti et dans la position de rotation phii et du produit de l'amplitude pondérée ampl weightp (n lini,p) et d'un coefficient d'amplitude dépendant de l'angle ampl ETFi(phi(i)). Il est en outre prévu que, selon une autre étape p=2 de 15 l'itération, on détermine une autre vitesse de rotation moyenne appro- chée n lini2+1 comme différence de la vitesse de rotation moyenne déterminée précédemment, approchée n lini,1+1 à l'instant ti et du produit d'une amplitude pondérée dépendant de la vitesse de rotation ampl weightp(ti) et d'un coefficient d'amplitude dépendant de l'angle 20 ampl ETFi(phi(ti)). A chaque instant ti, il faut exécuter plusieurs étapes d'itératon, de préférence trois ou quatre, pour avoir des vitesses de rotation moyennes plus approchées n lini,3+1; n lini,4+1, n lini,p+1, relations dans lesquels p est un autre entier positif. 25 Si l'on applique le procédé de calcul donné ci-dessus à des points voisins, on obtient par exemple la relation représentée à la figure 2 et ainsi de façon reconnaissable une droite résultante moyenne 20. A partir de la vitesse de rotation linéarisée déterminée par 30 compensation d'amplitude, on définit ensuite la pente de fin de fonc- tionnement. Cela peut se faire de différentes manières. Mais de préférence on applique le procédé connu de façon générale de la régression linéaire (procédé des moindres erreurs quadratiques). Par un calcul de régression linéaire à partir des coordonnées de temps et de vitesse de 35 rotation, on détermine la pente et ainsi le point final de la droite résul- tante moyenne. Dès que l'on a plus qu'une valeur de pente, on peut appliquer le procédé de la moyenne pour déterminer une pente de fin de fonctionnement, moyenne optimisée. Pour des meilleurs résultats, on peut utiliser une moyenne existante triple. A partir d'au moins deux valeurs pour les vitesses de ro- tation moyennes n lini,p+1 on détermine la pente de fin de fonctionnement m(ti). Dans le cadre de procédé présenté ici, on peut avoir à la fois une sous-compensation (figure 3) et aussi une sur-compensation (figure 4). Dans le cas d'une sur- ou sous-compensation, les vitesses de rotation compensées ne sont pas suffisamment proches de la droite de compensation. Bien plus, ces vitesses fluctuent autour de la droite de compensation avec un écart systématique croissant et décrois- sant. Pour cela on utilise avantageusement non pas toutes les paires de valeurs disponibles pour former la droite de compensation mais seulement une zone sélectionnée. Par exemple, il est intéressant de déterminer la droite de compensation de façon périodique. La période commence aux angles du vilebrequin pour lesquels la caractéristique ETF est un maximum et elle se termine par un angle du maximum suivant. De même, on a l'origine des angles du vilebrequin pour lequel on a le minium de la caractéristique ETF ; il s'agit ici de la zone allant du minimum jusqu'au minimum directement suivant. La figure 5 montre un exemple d'une bonne détermina- tion périodique d'une droite résultante. La droite résultante moyenne a la pente correcte et un point d'extrémité A adapté. La détermination de la pente de la droite résultante moyenne se fait ici à l'aide de vitesses de rotation compensées, sélectionnées ici en passant d'un minimum MOT1 à un autre minimum MOT2, c'est-à-dire avec des vitesses de rotation compensées qui se produisent ici à un point mort haut. La figure 6 donne un exemple d'une détermination pério- dique non optimale d'une droite résultante. Dans cet exemple, la plage a été mal choisie. Pour réduire au minimum l'écart de la pente et du point d'extrémité de la droite résultante, on peut appliquer des mesures supplémentaires. On peut par exemple équilibrer le nombre de points au-dessus et en-dessous de la droite résultante par des procédés appro- priés d'itération. Pour cela, on étend ou on réduit symétriquement la plage autour d'un maximum et en fonction de la forme de la caractéristique ETF. De plus, pour augmenter la précision pour des points d'événements non équidistants, on peut utiliser une pondération supplémentaire des différents points à l'aide d'une fonction de densité appropriée. Pour déterminer des amplitudes maximales et les coeffi- cients de correction d'amplitudes, on recommande et on applique le procédé décrit dans le document DE-102010009648 Al. Comme point d'appui, on utilise le point d'extrémité res- pectif de la droite résultante moyenne. Comme valeur de la pente, on utilise de préférence la moyenne glissante triple de la dernière valeur de la pente. La valeur de la pente est fixée au point d'extrémité en di- rection des instants antérieurs et on exploite l'amplitude maximale à partir des valeurs caractéristiques de la position du vilebrequin (maxi- ma ETF). En cas de sur- ou sous-compensation, on détermine, de préférence, la droite résultante avec les propositions d'optimisation décrites ci-dessus (données de base d'une plage sélectionnée, nombres équilibrés vers le haut/vers le bas, pondération suivant la densité des données). Pour la synthèse de l'autre courbe de vitesse de rotation, il est avantageux d'appliquer le procédé décrit dans le document DE-102010009648 Al ou des procédés analogues. Le point d'appui est le point d'extrémité respectif de la droite résultante moyenne. Comme va- leur de la pente, on utilise de préférence la valeur moyenne glissante triple des dernières valeurs de pente. En cas de sur- ou sous-compensation, on détermine de préférence la droite résultante selon les propositions d'optimisation décrites ci-dessus (données de base prises dans une zone sélectionnée, nombres équilibrés vers le haut/vers le bas, pondération selon la densité des données). Après avoir déterminé la première pente de fin de fonc- tionnement et pour chaque autre pente moyenne calculée de fin de fonctionnement on calcule une prévision. On utilise la vitesse de rota- tion finale respective provenant du calcul de la droite moyenne de compensation comme point d'appui de la vitesse de rotation pour le calcul du pronostic. Les étapes prévisionnelles peuvent être fondées sur des étapes d'angles fixes, des intervalles de temps fixes ou aussi d'autres étapes et d'autres types d'étapes. La suite de la procédure pour établir un pronostic peut se faire comme décrit dans le document DE-102010009648 A 1. Les caractéristiques principales sont la synthèse du fin de mouvement en fonction de la droite résultante moyenne avec addition de la composante fluctuante de la vitesse de rotation (caractéristique ETF), multipliée par l'amplitude dépendant de la vitesse de rotation (caractéristique d'amplitude). La figure 7 montre, à titre d'exemple, quelques prévi- sions. La droite en trait plein correspond à la droite résultante moyenne et la courbe avec les points correspond à la courbe réelle de la vitesse de rotation. La figure 8 montre un moteur thermique 10 avec un arbre d'entraînement 13. Le procédé décrit ci-dessus de prévision du comporte- ment de fin de mouvement d'un moteur peut également être justifié par des mesures faites sur le produit. REVENDICATIONS1°) Procédé de détermination de la vitesse de rotation moyenne (n lini,p+1) d'un arbre d'entraînement rotatif (13) d'un moteur thermique (5) pour une position de rotation (phii), Selon lequel * l'arbre d'entraînement (13) rotatif prend différentes positions de rotation (phii) et a une vitesse de rotation instantanée effective (ni) à l'instant (ti) pour la position de rotation (phii), * et en première approximation, dans une première étape (p=1) on dé- termine une vitesse de rotation approchée (n lini,p+1) qui est la diffé- rence de la vitesse de rotation effective (ni) à l'instant (ti) et à la position de rotation (phii) et du produit d'une amplitude pondérée (ampl weightp(n lini,p)) et d'un coefficient d'amplitude (ampl ETFi(phi(i))) dépendant de l'angle. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une autre étape (p=2) de l'itération on détermine une autre vitesse de rotation moyenne approchée (n lini,2+1) comme différence de la vi- tesse de rotation moyenne (n lini,p+1) déterminée dans l'étape précé- dente à l'instant (ti) et d'un produit de l'amplitude pondérée dépendant de la vitesse de rotation (ampl weightp(ti)) et d'un coefficient d'amplitude (ampl ETFi(phi(ti))) dépendant angulairement. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que suivant l'instant (ti) on effectue plusieurs étapes d'itération, de préférence trois ou quatre, pour déterminer d'autres vitesses de rotation moyennes approchées (n lini,3+1; n lini,4+1; n lini,p+1), relations dans lesquelles p est un nombre positif entier. 4°) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu' à partir d'au moins deux valeurs de la vitesse de rotation moyenne (n lini,p+1), on détermine une pente de fin de mouvement (m(ti)).5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on détermine une pente de fin de mouvement (m(ti)) par le procédé de la régression linéaire. 6°) Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu' avec les pentes de fin de mouvement connues (m(ti), m(ti+1), m(ti+2)) pour plusieurs instants (ti, ti+1, ti+2) on calcule une pente moyenne de fin de mouvement (m-mittel(ti)). 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le cas de valeurs de vitesses de rotation moyennes (n lini,p+1), sur- ou sous-compensées, on choisit certaines vitesses de rotation moyennes (n lini,p+1) pour calculer une pente de fin de mouvement moyenne (m mittel(ti)) avec les valeurs sélectionnées dans une autre étape de procédé. 8°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour calculer la pente de fin de mouvement moyenne, on utilise des valeurs de vitesses de rotation correspondant aux points morts hauts du moteur thermique (5).