Brevet FR2981121A1 — publié le 20130412

La présente invention concerne de manière générale, le fonctionnement des moteurs à combustion interne et, plus précisément, la synchronisation de tels moteurs. La synchronisation d'un moteur à combustion interne consiste à identifier avec précision la position des pièces en mouvement (piston, vilebrequin, arbre à cames...) ainsi que l'instant du cycle moteur (que ce dernier soit un moteur de type 2-temps ou 4-temps) afin de permettre à l'électronique embarquée de gérer ledit moteur avec la justesse et la précision requises à son bon fonctionnement. On connaît des procédés de synchronisation mettant en oeuvre des algorithmes permettant de déterminer la position d'un moteur en fonction de la position d'un vilebrequin et d'un arbre à cames, détectées par des capteurs installés dans le moteur. Lesdits capteurs coopèrent avec des cibles dentées solidaires en rotation desdits vilebrequin et arbres à cames. Ces algorithmes fonctionnent, par exemple, de la manière suivante : - lors de l'initialisation de l'algorithme, la position angulaire du vilebrequin est considérée comme incluse dans un intervalle compris au sein d'un cycle moteur (allant de 0° à 720° pour un moteur de type 4-temps), - le moteur est mis en mouvement, et à chaque détection d'un événement, l'algorithme réduit l'intervalle initial, sur la base de relations prédéterminées, explicitées par la suite, - après détection d'un certain nombre d'événements, l'intervalle est réduit à une valeur unique, correspondant à la position initiale du vilebrequin, et il est alors possible de synchroniser le moteur. Ainsi qu'indiqué, pour des moteurs de type 4-temps, de tels algorithmes mettent en oeuvre des hypothèses et des relations prédéterminées, notamment entre les fronts détectés sur la cible solidaire du vilebrequin et les fronts détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames. Par exemple, si l'arbre à cames présent dans le moteur comporte une cible dentée munie de N dents, il est possible de prendre comme hypothèse de départ que la position de l'arbre à cames est située entre le front 0 et le front N des dents de la cible. Ensuite, à chaque détection d'un événement, qui peut être le passage d'un front de dent de la cible solidaire du vilebrequin, ou d'un front de dent de la cible solidaire de l'arbre à cames, on réduit les possibilités. En effet, les positionnements angulaires des différents fronts de dents de la cible solidaire de l'arbre à cames ne sont pas réguliers, et sont connus. Les fronts de dents de la cible solidaire du vilebrequin sont quant à eux équidistants géométriquement (mis à part une succession de dents supprimées de manière à constituer une « dent de référence » sur la cible). Ainsi, en mesurant la rotation angulaire (définie par le nombre de dents détectées sur la cible solidaire du vilebrequin) entre un premier front et un second front de la cible solidaire de l'arbre à cames, il est possible d'éliminer certaines hypothèses de départ. Tous ces algorithmes sont donc basés sur la détection des fronts de dents de la cible solidaire de l'arbre à cames et sur la reconstitution de la forme unique de ladite cible. Une fois la cible solidaire de l'arbre à cames clairement identifiée, la position du moteur est possible puisque l'arbre à cames effectue un tour sur le cycle 4-temps ; connaître la position de l'arbre à cames revient à connaître la position du moteur dans son cycle moteur. Toutefois, on a constaté que de tels algorithmes présentaient des inconvénients, notamment dans le cas où les distances angulaires entre les fronts de la cible solidaire de l'arbre à cames, ou entre la dent de référence de la cible solidaire du vilebrequin et les fronts de la cible solidaire de l'arbre à cames sont trop faibles. En effet, lors de la détection des positions, un seuil de tolérance est appliqué pour tenir compte des imprécisions des capteurs et des imprécisions mécaniques. Ainsi, si les distances sont trop faibles, il est impossible de les distinguer les unes des autres, puisqu'elles apparaissent égales, au seuil de tolérance près. En outre, de tels algorithmes ne peuvent pas être utilisés pour la synchronisation d'un moteur comprenant un vilebrequin dont la cible présente plusieurs dents de référence non angulairement équidistantes, ce qui est assez fréquemment le cas. Dans de telles situations les algorithmes de l'art antérieur ne parviennent pas à synchroniser le moteur. La présente invention vise donc à proposer un procédé de synchronisation permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés. L'invention vise également à proposer un procédé pouvant être mis en oeuvre 25 dans toute configuration de moteur à combustion interne. De manière additionnelle, l'invention vise à proposer un procédé de synchronisation plus rapide que les procédés existants. A cet effet, la présente invention propose un procédé de synchronisation utilisant des hypothèses de départ basées sur la position du point mort haut du cylindre 0 30 du moteur. Cette position sera ultérieurement notée TDCO (selon l'abréviation anglaise « Top Dead Center » de « point mort haut »). Ainsi, de manière plus précise, l'invention concerne un procédé de synchronisation d'un moteur à combustion interne de type 4-temps comprenant au moins un cylindre comportant un piston mobile entre un point mort haut et un point mort bas, le 35 mouvement du piston entraînant un vilebrequin et à un arbre à cames, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on détermine autant d'hypothèses plausibles que de dents de référence présentes sur la cible solidaire du vilebrequin dans 2 tours de vilebrequin concernant la position du point mort haut du cylindre de référence dans le cycle moteur au moment du démarrage, - on détecte le passage de fronts de référence d'une cible solidaire du vilebrequin et de fronts montants ou descendants d'une cible solidaire de l'arbre à cames, chaque cible étant associée à un détecteur afin de réaliser des capteurs de position desdits vilebrequin et arbre à cames, - on utilise le positionnement des fronts détectés pour éliminer une ou plusieurs hypothèses émises pour la position du point mort haut du cylindre au moment du démarrage, et - on termine la synchronisation lorsque toutes les hypothèses sauf une ont été éliminées. Dans le cadre de la mise en oeuvre d'un tel procédé, la détection de passage 15 des fronts de référence sur la cible solidaire du vilebrequin et de fronts montants (ou descendants) sur la cible solidaire de l'arbre à cames est effectuée via des capteurs installés sur le moteur. Le principe de ce procédé consiste donc à émettre des hypothèses sur une position plausible d'un point mort haut d'un cylindre au moment du démarrage, et d'utiliser 20 chaque détection de front de la cible solidaire de l'arbre à cames pour confirmer ou infirmer une ou plusieurs de ces hypothèses. Les fronts de référence détectés sur la cible solidaire du vilebrequin sont, quant à eux, utilisés pour servir de référence pour les différentes mesures, déterminations et comparaisons effectuées. 25 Un tel procédé permet, contrairement aux procédés précédemment connus, de synchroniser un moteur dans toutes les configurations de cibles possibles. Ce procédé est mis en oeuvre via un calculateur électronique, et permet de fournir une solution robuste. Dans une réalisation particulière de l'invention, on établit, au vu de la 30 configuration mécaniques du moteur et du cycle moteur, une liste initiale de probabilités des fronts détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames, appelée CAM PLAUS LIST, pour chaque hypothèse émise pour la position du point mort haut du cylindre au moment du démarrage. Ainsi, dans cette liste, le bit n°i représente la probabilité du front montant ou 35 descendant i. Cette liste sera mise à jour au cours du procédé, en éliminant, après les différents tests mis en oeuvre, les fronts non plausibles. Avantageusement : - pour chaque élément de la liste CAM_PLAUS_LIST, on détermine si, dans le cadre d'un cycle moteur, un front successif de la cible solidaire de l'arbre à cames doit se produire avant un front de référence de la cible solidaire du vilebrequin, - dans le cas où la détermination est négative, on supprime l'élément correspondant de la liste CAM_PLAUS_LIST. Dans un autre mode de réalisation : - on détecte un front de référence sur la cible solidaire du vilebrequin, - on détermine plusieurs hypothèses plausibles concernant la position du point mort haut dans le cycle moteur au moment du démarrage, - pour chacune des hypothèses, on détermine la chronologie de survenue des fronts de la cible solidaire de l'arbre à cames, à partir de la liste CAM PLAUSLIST. Ainsi, la liste des fronts montants et descendants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames est multipliée par le nombre d'estimations sur TDCO. Les listes seront ensuite mises à jour pour chaque hypothèse, ainsi que décrit ultérieurement dans la présente demande. Dès lors qu'une liste est vide, cela signifie que la position TDCO associée, 20 c'est-à-dire l'hypothèse correspondante, n'est pas plausible et doit être éliminée. Dès lors qu'une seule hypothèse TDCO reste plausible, le moteur est synchronisé. Dans un autre mode de réalisation : - on vérifie, pour chacune des hypothèses plausibles concernant la 25 position du point mort haut dans le cycle moteur au moment du démarrage, si un front aurait dû se produire entre le dernier front détecté sur la cible solidaire de l'arbre à cames et la position courante, - dans le cas où la vérification s'avère négative, on élimine l'hypothèse 30 correspondante. Avantageusement, les fronts observés sur les cibles sont les fronts montants. L'invention couvre également un dispositif de synchronisation d'un moteur à combustion interne de type 4-temps mettant en oeuvre le procédé décrit plus haut. D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la 35 description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : - les figures 1 a, lb et 1c représentent un premier test de synchronisation mis en oeuvre dans un procédé selon la présente invention, - les figures 2a et 2b représentent un second test de synchronisation mis en oeuvre dans un procédé selon la présente invention, - les figures 3a et 3b représentent un troisième test de synchronisation mis en oeuvre dans un procédé selon la présente invention, - la figure 4 montre le déroulement général d'un procédé selon l'invention. La figure 1 a montre l'évolution des signaux issus des capteurs de position du vilebrequin (courbe CRK) et de l'arbre à cames (CAM). On constate sur l'évolution du 10 signal issu du capteur de position de l'arbre à cames cinq fronts montants, numérotés de 1 à 5 correspondants à la géométrie particulière de la cible d'arbre à cames choisi dans cet exemple illustratif. La flèche verticale matérialise le début du test de synchronisation, et le point TDCO matérialise l'emplacement réel du point haut du cylindre O. 15 Les figures 1 b et 1 c montrent la mise en oeuvre du test pour les deux hypothèses plausibles de TDCO (TDCO juste après le premier front de référence détecté sur la cible solidaire du vilebrequin pour la figure 1 b et TDCO bien avant le premier front de référence détecté sur la cible solidaire du vilebrequin pour la figure 1c). Sur la figure 1 b, on suppose que le TDCO n'est pas encore passé au moment 20 du début du test de synchronisation, et qu'il sera atteint après le premier front de référence détecté sur la cible solidaire du vilebrequin. Le test de synchronisation démarre au niveau de la flèche verticale. Les fronts montants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames sont numérotés 1, 2, 3, 4 et 5 après chaque estimation de TDCO. De manière plus précise, la liste des fronts possibles est {1, 2, 3, 4, 5}. 25 Lorsque le premier front de référence de la cible solidaire du vilebrequin est détecté, on détermine les derniers fronts montants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames ayant été détectés avant ledit front de référence. Cette détermination est effectuée à la fois en examinant l'évolution théorique du signal issu du capteur de position de l'arbre à cames, montrée sur la courbe CAM_Théo et basée sur l'hypothèse initiale 30 tenant compte des tolérances de position issues des diverses incertitudes, et de l'évolution réellement constatée dans les faits montrée sur la courbe CAM_Ret qui est ici dotée d'une survenue des fronts montants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames plus tardive que ne le prévoit CAM_Théo mais néanmoins dans la zone d'incertitude prévue. Il apparaît ainsi que seuls les fronts 4 et 5 sont des fronts 35 envisageables dans le cas de la figure 1 b compte tenu des fronts montants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames. Par conséquent, la liste est réduite à {4, 5}. Sur la figure 1c, on suppose a contrario que le TDCO est passé au moment du début du test de synchronisation. Par conséquent, lorsque la synchronisation démarre, au niveau de la flèche verticale, les fronts montants 1, 2 et 3 sur le signal issu du capteur de position de l'arbre à cames sont déjà passés, mais pas les fronts 4 et 5. Il apparaît donc que seul le front de la cible d'arbre à cames 3 de la courbe CAM_Ret est une option possible dans cette seconde situation. Par conséquent, à l'issue de ce premier test, la situation est la suivante : - pour la première hypothèse concernant TDCO (TDCO pas encore passé au moment du début du test de synchronisation), notée TDCOEstim#1, la liste des fronts montants détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames plausibles se réduit à {4,5}, et - pour la seconde hypothèse concernant TDCO (TDCO passé au moment du début du test de synchronisation), notée TDCOEstim#2, la liste des fronts montants de came plausibles se réduit à {3}. Aucune des listes n'étant vide, les deux hypothèses TDCO restent plausibles à ce stade. Il faut alors attendre le prochain front montant détecté sur la cible solidaire de l'arbre à cames pour lever l'incertitude sur les hypothèses concernant la position de TDCO. L'invention propose de raffiner le procédé en ajoutant un second test et ainsi 20 pouvoir arriver à une conclusion plus rapide et plus fiable. Les figures 2a et 2b montrent ce second test effectué dans un procédé selon l'invention. Il est présenté dans un exemple illustratif différent de celui représenté aux figures la à lc (position de démarrage du moteur différente) dans un but didactique, mais 25 il est judicieux de l'utiliser en complément du premier test. Ce test, dit « du dernier événement », consiste à observer un intervalle donné, situé entre une situation actuelle et le dernier événement détecté. Pour chacune des hypothèses plausibles TDCOEstim#1 et TDCOEstim#2, on détermine si, dans la liste des fronts de came possibles, certains auraient dû se produire dans cet intervalle. 30 Ainsi, dans le cas TDCOEstim#1, montré en figure 2a, les fronts 4 et 5 auraient dû se produire sur l'intervalle étudié, situé entre la flèche verticale et le premier front de référence détecté sur la cible solidaire du vilebrequin. Or, comme aucun événement ne s'est produit dans la réalité (la position de TDCO étant toujours dans ce cas de figure celle représentée à la figure 1 a), cela signifie que l'hypothèse TDCOEstim#1 35 n'est pas plausible. Dans le cas de l'hypothèse TDCOEstim#2, on constate qu'aucun front n'aurait dû se produire pendant cet intervalle qui dans les faits est vide. Par conséquent, l'hypothèse TDCOEstim#2 reste seule plausible. Dans le cas présent, le test a permis de déterminer la position réelle du point 5 mort haut du cylindre zéro, et ainsi de synchroniser le moteur. Les figures 3a et 3b montrent un troisième test effectué dans un procédé selon l'invention. Selon les configurations, ce test peut être effectué après les tests précédents, par exemple dans le cas où il n'aurait pas été possible de synchroniser le moteur avec lesdits tests précédents. 10 La position de démarrage du moteur est là encore différente de celles représentées aux figures 1 b et 1c d'une part et 2a et 2b d'autre part, mais la position de TDCO est toujours celle représentée à la figure 1 a. Ce test est basé sur l'estimation, pour chaque hypothèse de la position TDCO, de la distance entre ladite position et le prochain front montant à détecter sur le signal du 15 capteur de position de l'arbre à cames. Ensuite, on compare cette distance à la position théorique effective des fronts montants de la cible solidaire de l'arbre à cames. Ainsi, sur la figure 3a, la position estimée du front montant de l'arbre à cames est située au niveau du point. Or, on constate dans les faits qu'aucun des fronts montants, numérotés 1 à 5, n'apparaît au niveau de cette estimation. Par conséquent, la liste des 20 fronts montants plausibles pour la première hypothèse, qui comprenait uniquement le front montant {5}, est désormais vide, ce qui signifie que l'hypothèse TDCOEstim#1, qui était testée dans cette première situation, n'est pas plausible. En revanche, sur la figure 3b, on effectue le même test pour la position TDCOEstim#2. On constate dans les faits qu'un front montant se produit 25 effectivement au moment estimé pour le numéro 4. Par conséquent, la liste des fronts montants est mise à jour : le front montant 5 est éliminé, et le front montant 4 est conservé. Ainsi, la liste est réduite à {4}. Cette liste étant non vide, cela signifie que l'hypothèse TDCOEstim#2 est plausible. La figure 4 montre le déroulement d'un procédé selon l'invention. Le premier 30 graphe, CRK, montre l'évolution du signal issu du capteur de position du vilebrequin. Le deuxième graphe, CAM, montre l'évolution du signal issu du capteur de position de l'arbre à cames. La flèche horizontale indique un cycle complet moteur de type 4-temps, correspondant à une rotation de 720° du vilebrequin. Toutefois, un procédé selon 35 l'invention est avantageux en ce que, contrairement aux procédés existants, il n'est pas bouclé sur un cycle de 720° du vilebrequin. On constate ainsi, sur le troisième graphe, que l'angle du vilebrequin atteint des valeurs dépassant 2 révolutions du vilebrequin. Les points sur ce troisième graphique correspondent aux différents échantillons, ou points auxquels un des tests précédemment décrit est effectué. Un tel procédé permet ainsi de synchroniser toutes les configurations moteur liées aux divers profils de cibles de vilebrequin ou d'arbre à cames possibles, même les 5 plus complexes, puisque le nombre de tests effectués n'est pas limité par la fin d'un cycle, et que les différents tests peuvent être combinés pour éliminer une à une les hypothèses et aboutir à une unique hypothèse plausible, correspondant à la synchronisation du moteur là où les procédés de l'art antérieur n'auraient tout simplement pas pu conclure en raison des incertitudes élevées sur la survenue des fronts ou des fronts trop rapprochés 10 dans le temps. En outre, dans les procédés de l'art antérieur qui se limitent à l'étude d'une rotation de 720° du vilebrequin après la détection d'un front de référence, lorsque le profil des cibles fait que des fronts de la cible solidaire de l'arbre à cames se situent près de ces 720°, il est très difficile voire impossible de synchroniser le moteur. Ce n'est pas le 15 cas avec un procédé conforme à la présente invention qui permet de dépasser la limite des 720° si d'aventure le moteur n'est pas synchronisé avant. La présente invention a été décrite avec des cibles dentées, mais elle peut s'appliquer à tout type de cible, qu'il soit optique ou magnétique par exemple. De même, le traitement des signaux est réalisable indifféremment sur les fronts montants et/ou 20 descendants sans pour autant sortir de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de synchronisation d'un moteur à combustion interne de type 4-temps comprenant au moins un cylindre comportant un piston mobile entre un point mort haut et un point mort bas, le mouvement du piston entraînant un vilebrequin et à un arbre à cames, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on détermine autant d'hypothèses plausibles que de dents de référence présentes sur la cible solidaire du vilebrequin dans 2 tours de vilebrequin concernant la position du point mort haut du cylindre de référence dans le cycle moteur au moment du démarrage, - on détecte le passage de fronts de référence d'une cible solidaire du vilebrequin et de fronts montants ou descendants d'une cible solidaire de l'arbre à cames, chaque cible étant associée à un détecteur afin de réaliser des capteurs de position desdits vilebrequin et arbre à cames, - on utilise le positionnement des fronts détectés pour éliminer une ou plusieurs hypothèses émises pour la position du point mort haut du cylindre au moment du démarrage, et - on termine la synchronisation lorsque toutes les hypothèses sauf une ont été éliminées. 2. Procédé de synchronisation selon la revendication 1, dans lequel on établit, au vu de la configuration mécaniques du moteur et du cycle moteur, une liste initiale de probabilités des fronts détectés sur la cible solidaire de l'arbre à cames, appelée CAM_PLAUS_LIST, pour chaque hypothèse émise pour la position du point mort haut du cylindre au moment du démarrage. 3. Procédé de synchronisation selon la revendication 2, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque élément de la liste CAM_PLAUS_LIST, on détermine si, dans le cadre d'un cycle moteur, un front successif de la cible solidaire de l'arbre à cames doit se produire avant un front de référence de la cible solidaire du vilebrequin, - dans le cas où la détermination est négative, on supprime l'élément correspondant de la liste CAM_PLAUS_LIST. 4. Procédé de synchronisation selon la revendication 2 ou la revendication 3, comprenant les étapes suivantes :- on détecte un front de référence sur la cible solidaire du vilebrequin, - on détermine plusieurs hypothèses plausibles concernant la position du point mort haut dans le cycle moteur au moment du démarrage, - pour chacune des hypothèses, on détermine la chronologie de survenue des fronts de la cible solidaire de l'arbre à cames, à partir de la liste CAM PLAUS_LIST. 5. Procédé de synchronisation selon la revendication 4, comprenant les étapes suivantes : - on vérifie, pour chacune des hypothèses plausibles concernant la position du point mort haut dans le cycle moteur au moment du démarrage, si un front aurait dû se produire entre le dernier front détecté sur la cible solidaire de l'arbre à cames et la position courante, - dans le cas où la vérification s'avère négative, on élimine l'hypothèse correspondante. 6. Procédé de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédente dans lequel les fronts observés sur les cibles sont les fronts montants. 7. Dispositif de synchronisation d'un moteur à combustion interne de type 4-temps mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.