Brevet FR3012771A1 — publié le 20150508

L'invention se rapporte à un procédé de prévention de calage d'un moteur. Plus particulièrement cette prévention de calage a pour but d'assister un moteur à combustion interne, susceptible de caler, par un moteur annexe capable de lui fournir ponctuellement suffisamment d'énergie pour prévenir ce calage. L'invention se situe dans le cadre général de la gestion technique de l'équipement d'un véhicule prévue pour le confort et la sécurité du conducteur et de ses passagers. Il est par exemple connu de surveiller la rotation des moteurs à explosion avec par exemple les systèmes « Stop and Start », mis en place pour économiser le combustible durant les périodes d'arrêt temporaire du véhicule par exemple aux feux d'intersection. En particulier, la connaissance de la position exacte du moteur à l'arrêt permet de le démarrer plus rapidement au cours de la phase « Start » du système. Une étape ultérieure de gestion technique de l'équipement du véhicule est de prévoir une assistance de ce moteur lorsqu'il risque de caler pour diverses raisons : 15 démarrage en première ou deuxième vitesse avec une puissance insuffisante, démarrage en côte, choc du véhicule avec un trottoir, etc. Dans ce domaine de la prévention du calage par l'assistance d'un moteur annexe, il est par exemple connu du document de brevet EP 1 110 800 qu'il est possible de surveiller la rotation du moteur en analysant deux paramètres : l'état de l'embrayage - 20 à partir de la relation entre la vitesse du véhicule et le régime moteur - et le degré d'ouverture du papillon des gaz du moteur. La prévention du calage se fait alors par l'assistance d'un moteur électrique. Un autre document de brevet, EP 0 326 188, présente une surveillance de la rotation d'un moteur avec un système électronique gérant de nombreux paramètres de ce 25 moteur. La prévention de calage est réalisée en allégeant la charge du moteur en arrêtant temporairement la climatisation, l'allumage intérieur ou encore la charge de la batterie. Cependant, dans ces systèmes de surveillance et d'assistance, la vitesse moyenne - celle qui est affichée sur le compte-tours du véhicule - est surveillée pour déterminer un calage prévisionnel lorsque cette vitesse diminue. Et la prise en compte de 30 cette diminution est en général constatée trop tardivement, ce qui ne permet pas d'empêcher le calage du moteur. Dans ces conditions, les systèmes actuels de surveillance détectent une baisse critique de vitesse du moteur dans un délai en général insuffisant pour que l'assistance apportée par le moteur électrique soit efficace. L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients en définissant des 35 conditions d'anticipation de l'intervention du moteur de secours annexe et une surveillance plus précise de la vitesse du moteur principal à secourir, tout en tenant compte du délai d'intervention du moteur de secours annexe. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de prévention de calage d'un moteur principal d'un véhicule. Ledit moteur principal est à combustion 5 interne et comporte des pistons effectuant chacun un cycle dans un cylindre pour mouvoir en rotation un vilebrequin entraînant un arbre de transmission primaire. Le véhicule comporte également un moteur annexe électrique apte à assister le moteur principal grâce à deux poulies et une courroie d'entraînement, une boite de vitesse, des moyens de mesure de vitesse de rotation du moteur principal, et des moyens de gestion du moteur 10 annexe comportant des outils de calcul et de stockage d'information. Selon l'invention, le procédé de prévention de calage comprend les étapes suivantes : - on utilise une estimation de la vitesse de rotation dudit moteur principal pour une position angulaire ultérieure prédéfinie, la vitesse de rotation du moteur principal 15 étant estimée à partir d'une prévision de la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin, ci-après appelée vitesse instantanée prévisionnelle ; - une zone d'intervention est définie entre deux vitesses minimales du vilebrequin à ladite position angulaire ultérieure prédéfinie, à savoir une vitesse minimale haute, au-dessus de laquelle le moteur est estimé ne pas être en situation de 20 calage, et une vitesse minimale basse, en-dessous de laquelle le calage du moteur principal est estimé inévitable ; - lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle pour la position ultérieure prédéfinie est dans la zone d'intervention, dans laquelle le moteur risque de caler, ou en-dessous de cette zone d'intervention, ledit moteur annexe est déclenché tant que 25 ladite vitesse instantanée prévisionnelle est inférieure à un seuil prédéfini pour assister la rotation du moteur principal de sorte que ce dernier puisse continuer à tourner dans le même sens. Dans ces conditions, lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle pour la position ultérieure prédéfinie est dans la zone d'intervention, le moteur annexe est mis en 30 rotation à un instant suffisamment tôt pour que cette action évite un calage du moteur principal. Lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle est en-dessous de la zone d'intervention, le moteur annexe peut être déclenché dès l'instant où le calcul de la vitesse instantanée prévisionnelle est achevé afin d'optimiser les chances d'éviter le calage. 35 De préférence, le moteur annexe assiste la rotation du moteur principal tant que ladite vitesse de rotation du moteur principal est inférieure à une vitesse de ralenti utilisée comme seuil prédéfini. Selon des modes de réalisation préférés : - la position angulaire ultérieure prédéfinie est celle du vilebrequin pour le prochain point mort haut (nommé ci-après PMH) de chaque piston ; - le moteur principal est estimé ne pas être en situation de calage à un instant donné lorsque sa vitesse instantanée prévisionnelle pour le prochain PMH est supérieure à la vitesse minimale haute ; - lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle audit prochain PMH, ci-après premier PMH, est comprise dans la zone d'intervention entre la vitesse minimale haute et la vitesse minimale basse, le moteur principal est estimé devoir caler entre le PMH, dit deuxième PMH, qui suit immédiatement le premier PMH et avant le PMH, dit troisième PMH, qui suit le deuxième PMH, si le moteur annexe n'est pas déclenché ; - lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle au dit prochain PMH est en-dessous de la zone d'intervention, le moteur principal est estimé devoir caler avant le point mort haut qui suit immédiatement ledit prochain PMH, si le moteur annexe n'est pas déclenché. Une manière avantageuse de calculer l'estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle est présentée de manière exhaustive dans la demande de brevet FR 12 58868 incorporée par référence au présent texte. Cette estimation comporte, à partir de mesures faites par un capteur de rotation angulaire associé au vilebrequin, apte à mesurer en temps réel la position angulaire courante du moteur, comporte les étapes suivantes : - détermination de la position angulaire courante du vilebrequin et de la vitesse de rotation du moteur principal pour deux points de mesure du capteur ; - détermination d'au moins un gradient de la vitesse de rotation du moteur principal distinct du gradient de vitesse entre les deux points de mesure de l'étape précédente ; - approximation de la courbe réelle de vitesse de rotation du moteur principal par rapport à la position angulaire courante du vilebrequin par une fonction polynomiale de degré deux ; - estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle à la position angulaire ultérieure prédéfinie, par exemple au prochain PMH, par application de ladite fonction polynomiale en liaison avec les gradients précédemment déterminés. D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention 35 apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique d'un véhicule hybride apte à mettre en oeuvre le procédé selon invention ; et - la figure 2, un diagramme montrant la variation de la vitesse instantanée d'un moteur mesurée en fonction du temps. Les figures se rapportent à un même moteur principal à combustion interne assisté par un même moteur annexe électrique. La vue schématique de la figure 1 illustre un véhicule hybride 1 dans lequel le procédé selon l'invention est mis en oeuvre. Ce véhicule 1 dispose d'un moteur principal à combustion interne 2 équipé de quatre pistons 2a à 2d, d'un réservoir de carburant 3, et d'un moteur annexe à énergie électrique 4, apte à seconder le moteur principal 2. Dans ce but, ce moteur principal 2 est pourvu d'un calculateur annexe 9 et d'une batterie 10 apte à stocker l'énergie électrique. Le véhicule 1 possède de manière classique quatre roues, dont deux roues motrices R3 et R4 reliées par un pont 5a et 5b au moteur principal 2 via un arbre de 15 transmission primaire 6, une boîte de vitesse 7 et un arbre de transmission secondaire 6', et deux roues non motrices R1 et R2. Pour assister le moteur principal 2 en cas de besoin signalé par un organe de contrôle et de gestion (non représenté) du moteur principal ou par le calculateur annexe 9, le moteur annexe 4 agit grâce à un système d'accouplement mécanique 20 composé de deux poulies 8a et 8b et une courroie d'entraînement 8c. La poulie 8a est mue en rotation par le moteur annexe 4, et, via la courroie d'entraînement 8c, elle communique son mouvement de rotation à la poulie 8b dont le mouvement de rotation est solidaire de celui de l'arbre de transmission primaire 6. Dans le cadre de l'invention, le calcul de la vitesse instantanée prévisionnelle 25 pour le prochain point mort haut donne assez de temps au moteur annexe 4 pour intervenir et prévenir un calage du moteur principal 2. L'utilisation du calcul de la vitesse instantanée prévisionnelle est présentée sur la figure 2, par exemple selon les enseignements de la demande de brevet FR 12 58868. Le diagramme de la figure 2 présente une courbe Cl de la vitesse instantanée 30 du moteur principal 2, mesurée en tours par minute « T/min », en fonction du temps « t ». Cette courbe est crénelée du fait du caractère discontinu de la mesure réalisée par un capteur à dents en liaison avec une cible agencée sur le vilebrequin du moteur principal 2. Ce diagramme présente également deux niveaux de vitesses du moteur : un niveau supérieur Nmin 1 de vitesse minimale haute, et un niveau inférieur Nmin 2 de 35 vitesse minimale basse. Entre ces deux niveaux Nmin 1 et Nmin 2 est définie une zone d'intervention Z dans laquelle le moteur annexe 4 est déclenché pour assister le moteur principal 2 dont la vitesse instantanée prévisionnelle est trop faible. La courbe Cl illustre en particulier des cycles moteur d'environ 50 ms de durée pour un moteur à quatre cylindres, chaque cycle se déroulant entre deux PMH successifs, à savoir entre P5 et P6 ou entre P6 et P7 en référence à la figure 2. Les vitesses du moteur V1, V2 et V3 sont minimales aux PMH respectifs P5, 5 P6 et P7, et les vitesses du moteur sont maximales en milieux de cycle représentés par les points S1 et S2. Cette courbe Cl traverse la zone d'intervention Z, entre les deux niveaux de vitesse Nmin 1 et Nmin 2, avec une décroissance des valeurs des PMH successifs P5, P6, P7 : le premier PMH P5 est au-dessus du niveau Nmin 1, le deuxième PMH P6 entre les niveaux Nmin 1 et Nmin 2, et le troisième PMH P7 en-dessous du 10 niveau Nmin 2. Cette décroissance traduit un ralentissement de la vitesse du moteur principal. Les trois points V1, V2 et V3 correspondent au calcul de la vitesse instantanée prévisionnelle du moteur principal pour les trois points PMH P5, P6 et P7. Les vitesses instantanées prévisionnelles V1 à V3 sont calculées au cours de chaque phase 15 de décroissance de vitesse, entre S1 et P6 pour le calcul de V2 et entre S2 et P7 pour le calcul de V3. Dans cet exemple, les vitesses instantanées prévisionnelles V1, V2 et V3 sont calculées aux instants respectifs t 1 , t2 et t3. La vitesse prévisionnelle V1 est située au-dessus de la zone d'intervention Z, et n'entraîne aucune intervention. Mais la vitesse prévisionnelle V2, qui est située dans la 20 zone d'Intervention Z, définit alors une situation dans laquelle le calculateur annexe 9 déclenche le moteur annexe 4 pour assister le moteur principal 2 dans sa rotation. Le moteur annexe électrique 4 est prévu pour seconder le moteur principal dans certaines configurations liées aux vitesses instantanées prévisionnelles aux PMH par rapport aux niveaux Nmin 1 et Nmin 2. 25 Ainsi, la première vitesse instantanée prévisionnelle V1 au PMH P5 est située au-dessus du niveau Nmin 1 et, dans ces conditions, ledit moteur annexe 4 n'intervient pas. La deuxième vitesse instantanée prévisionnelle V2 au PMH suivant, nommée P6, est de l'ordre de 400 tours par minute. Cette vitesse instantanée prévisionnelle est 30 calculée au cours de chaque phase de décroissance de vitesse entre les points S1 et P6 par exemple au temps t2 - ce qui correspond à une durée Tp avant le PMH P6. Au temps t2, une vitesse instantanée prévisionnelle V2 est alors calculée, située dans la zone d'intervention Z, entre les niveaux Nmin 1 et Nmin 2. Dans ce cas, le moteur principal 2 via son organe de contrôle et de gestion (non représenté) - transmet une demande 35 d'assistance au calculateur annexe 9 qui déclenche le moteur annexe 4 électrique. Le moteur principal 2 est estimé devoir caler après le prochain point mort haut P6 et avant celui qui le suit immédiatement, P7, lorsque sa vitesse instantanée prévisionnelle pour le prochain point mort haut est comprise dans cette zone d'intervention Z, sauf en cas d'assistance du moteur principal 2 par le moteur annexe 4. Grâce à la prévision de vitesse instantanée, la durée possible de réaction pour que le moteur annexe 4 assiste le moteur principal 2 est Tr, jusqu'à l'instant tc correspondant sensiblement au calage comme expliqué ci-dessous, et cette durée est la somme de la durée Tp et d'un cycle presque entier de la courbe Cl entre les points P6 et P7. Avec l'assistance du moteur principal 2 à partir de l'instant t2, la vitesse instantanée de ce moteur principal augmente. Sans assistance, la vitesse instantanée au PMH suivant, ici le point P7 baisse à un niveau encore plus bas, de l'ordre de 100 tours par minute. Ensuite la courbe croise la ligne de vitesse nulle, puis passe par des valeurs de vitesse négatives, ce qui correspond à un moteur tournant dans un sens opposé au sens de fonctionnement normal, avant de s'arrêter. Cette configuration correspond typiquement à une configuration de calage. Le calcul de la vitesse instantanée prévisionnelle V3 donne une vitesse située en-dessous de la vitesse Nmin 2. Dans ce cas, le moteur principal 2 est estimé devoir caler avant le point mort haut suivant P7 si bien que le moteur annexe 4 a peu de temps pour assister le moteur principal 2. Dans ce cas, le moteur annexe 4 ne procède qu'à une augmentation de la vitesse du moteur principal 2 pour que le point mort haut suivant remonte au-dessus de la vitesse Nmin 2. Afin d'illustrer l'intérêt d'utiliser les vitesses instantanées prévisionnelles, selon l'invention, le tableau I ci-dessous présente, dans différentes situations de calage (colonne Scénario), des comparaisons entre la vitesse instantanée prévisionnelle (colonne Vestim), la vitesse instantanée réelle mesurée (colonne Vreal) et la vitesse moyenne (colonne N) du moteur principal (ces vitesses sont exprimées en tours/minute et correspondent à un même PMH sur une même ligne du tableau I), la prévention du calage selon l'invention n'étant pas activée. Les scénarios de calage visés par le tableau I sont les suivants : un démarrage face à un trottoir (trottoir 1G) en première vitesse de la boîte de vitesses, un démarrage en côte à 20 % (côte 1G) toujours en première vitesse, et un calage 30 (calage 2G) en deuxième vitesse de la boîte. Scénaric Etape N Vestim Vreal Trottoir 1 Etape 1 (P6) 529 170 192 Etape 2 (P7) 471 Ce tableau fournit les enseignements suivants : - la vitesse moyenne N en tant que telle, ou la tendance déduite de la vitesse moyenne N entre les étapes 1 et 2 d'un même scénario, est un indice peu pertinent car elle traduit un régime de ralenti alors que la venue d'un calage de moteur est effective mais pourrait être rattrapée par le moteur annexe ; - les vitesses Vreal et Vestim correspondant à un calage (deuxièmes étapes) sont négatives alors que la vitesse moyenne N est encore positive, ce qui montre les limites de l'utilisation de cette vitesse moyenne pour anticiper le calage ; - la vitesse instantanée prévisionnelle Vestim est proche de la vitesse instantanée mesurée Vreal et fournit donc une estimation valable ; - dans l'étape 1 de chaque scénario, les vitesses Vestim et Vreal, toutes comprises entre 170 et 295 tours par minute, correspondent à des vitesses de rotation situées dans la zone d'intervention Z du moteur électrique annexe (voir figure 2). L'intervention de ce moteur annexe est alors déclenchée dès que la valeur de 20 la vitesse instantanée prévisionnelle Vestim est calculée, ce qui est réalisé à l'instant t2 sur la figure 2, et ce qui permet d'éviter le calage du moteur. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, dans les cas d'embrayage piloté ou de pilotage automatique, la prévision selon invention pourrait activer l'ouverture de l'embrayage pour empêcher le 25 moteur principal de caler. Par ailleurs, il est possible de calculer autrement l'estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle, en utilisant par exemple le calcul présenté dans le document de brevet FR 2 890 690 : l'estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle peut être déduite de la position du moteur estimée sur la base d'une fonction polynomiale de degré 30 deux, les dents de la cible d'un capteur de rotation servant d'étalon pour la mesure de la vitesse de rotation de la cible. REVENDICATIONS1. Procédé de prévention de calage d'un moteur principal (2) d'un véhicule (1), ledit moteur principal (2) étant à combustion interne et comportant des pistons (2a à 2d) effectuant chacun un cycle dans un cylindre pour mouvoir en rotation un vilebrequin entraînant un arbre de transmission primaire (6), le véhicule (1) comportant également un moteur annexe électrique (4) apte à assister le moteur principal (2) grâce à deux poulies (8a, 8b) et une courroie d'entraînement (8c), une boite de vitesse (7), des moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur principal (2), et des moyens de gestion (9) du moteur annexe (4) comportant des outils de calcul et de stockage d'information, caractérisé en ce que : - on utilise une estimation de la vitesse de rotation dudit moteur principal (2) pour une position angulaire ultérieure prédéfinie du vilebrequin, ladite vitesse de rotation du moteur principal (2) étant estimée à partir d'une prévision de la vitesse instantanée de rotation (V1, V2, V3) du vilebrequin, appelée vitesse instantanée prévisionnelle ; - une zone d'intervention (Z) est définie entre deux vitesses minimales (Nmin 1, Nmin 2) du vilebrequin à ladite position angulaire ultérieure prédéfinie, à savoir une vitesse minimale haute (Nmin 1), au-dessus de laquelle le moteur est estimé ne pas être en situation de calage du moteur principal, et une vitesse minimale basse (Nmin 2), en-dessous de laquelle le calage du moteur est estimé inévitable ; - lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle pour la position angulaire ultérieure prédéfinie est dans la zone d'intervention (Z) dans laquelle le moteur risque de caler ou en-dessous de cette zone d'intervention, ledit moteur annexe (4) est déclenché tant que ladite vitesse instantanée prévisionnelle est inférieure à un seuil prédéfini pour assister la rotation du moteur principal (2) de sorte que ce dernier continue à tourner dans le même sens. 2. Procédé de prévention de calage selon la revendication 1, dans lequel le moteur annexe (4) assiste la rotation du moteur principal (2) tant que ladite vitesse de rotation du moteur principal est inférieure à une vitesse de ralenti utilisée comme seuil 30 prédéfini. 3. Procédé de prévention de calage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la position angulaire ultérieure prédéfinie est celle du vilebrequin pour le prochain point mort haut ou PMH (P5, P6, P7) de chaque piston. 4. Procédé de prévention de calage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur principal (2) est estimé ne pas être en situation de calage à un instant donné lorsque sa vitesse instantanée prévisionnelle pour le prochain point mort haut est supérieure à la valeur minimale haute (Nmin 1). 5. Procédé de prévention de calage selon la revendication 3, dans lequel, lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle audit prochain PMH, ci-après premier PMH (P6), est comprise dans la zone d'intervention (Z) entre la vitesse minimale haute (Nmin 1) et la vitesse minimale basse (Nmin 2), le moteur principal (2) est estimé devoir caler entre un deuxième PMH (P7) qui suit immédiatement le premier PMH (P6) et avant un troisième PMH qui suit le deuxième PMH (P7) si le moteur annexe (4) n'est pas déclenché. 6. Procédé de prévention de calage selon la revendication 3, dans lequel, lorsque la vitesse instantanée prévisionnelle au dit prochain PMH (P7) est en dessous de la zone d'intervention (Z), le moteur principal (2) est estimé devoir caler avant le point mort haut qui suit immédiatement ledit prochain PMH (P7), si le moteur annexe (4) n'est pas déclenché. 7. Procédé de prévention de calage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle se calcule à partir de mesures faites par un capteur de rotation angulaire associé au vilebrequin, apte à mesurer en temps réel la position angulaire courante du moteur principal, et comporte les étapes suivantes : - détermination de la position angulaire courante du vilebrequin et de la vitesse de rotation du moteur principal (2) pour deux points de mesure du capteur ; - détermination d'au moins un gradient de la vitesse de rotation du moteur principal (2) distinct du gradient de vitesse entre les deux points de mesure de l'étape précédente ; - approximation de la courbe réelle de vitesse de rotation du moteur principal (2) par rapport à la position angulaire courante du vilebrequin par une fonction polynomiale de degré deux ; - estimation de la vitesse instantanée prévisionnelle à la position angulaire ultérieure prédéfinie, par application de ladite fonction polynomiale en liaison avec les gradients précédemment déterminés.