Brevet FR3036739A1 — publié le 20161202

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé d'optimisation dynamique systémique globale des émissions d'un moteur. Le procédé règle différents sous-systèmes d'un véhicule automo- bile qui influence la génération des émissions. Etat de la technique Pour qu'un véhicule soit autorisé à circuler, il faut prou- ver qu'il respecte certaines limites d'émission. Cela se vérifie en ce que l'on fait fonctionner le véhicule automobile sur un banc d'essai en véri- fiant le respect des limites définies d'émission dans un cycle de con- duite défini. A partir de 2017, il est prévu que les véhicules automo- biles en Europe doivent respecter les directives RDE (RDE = Emissions de conduite réelle). Les émissions doivent être mesurées directement en circulation sur route. Une proposition pour définir les conditions limites et les procédures de mesure est un procédé consistant à enregistrer toutes les émissions pendant une circulation, de façon résolue dans le temps et ensuite de calculer. Le système pour exécuter ce procédé ainsi que l'algorithme correspondant sont connus sous la dénomination PEMS (Système de Mesures Portatives des Emissions) ou outils "emroad". Pour garantir que les limites d'émission prédéfinies soient respectées pendant la circulation routière normale du véhicule on effectue également une surveillance des émissions pendant le mode de con- duite normal. Le document DE 103 34 536 Al décrit un procédé de commandes coordonnées de la ligne de transmission d'un véhicule automobile. Ce procédé est subdivisé en cinq phases pour caractériser les influences sur l'environnement jusqu'à arriver au point de fonctionne- ment optimum. L'un des critères d'optimisation qui sont fixés dans la seconde étape du procédé est l'émission. A l'aide des critères d'optimisation on optimise l'ensemble du procédé suivant. Dans la troisième étape du procédé, à l'aide de la position de la pédale d'accélérateur, on interprète le souhait du conducteur et dans la qua- trième étape on détermine le point de fonctionnement optimum. On ar- 3036739 2 rive à celui-ci dans la cinquième étape en imposant des consignes au moteur et à la transmission. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé 5 d'optimisation dynamique systémique globale des émissions d'un mo- teur surveillées par une fenêtre d'exploitation prédéfinie d'un algorithme donné pour respecter des valeurs prédéfinies pour les différents types d'émission, le procédé réglant les différents sous-systèmes d'un véhicule automobile qui influencent les émissions et le procédé comprenant les 10 étapes suivantes consistant à: a) calculer la fenêtre d'exploitation prédéfinie de l'algorithme prédéfini en temps réel, le calcul se faisant à une fréquence inférieure à celle prédéfinie, b) utiliser la fenêtre d'exploitation ensuite pour déterminer une com- 15 mande d'émission, c) dériver des mesures pour l'optimisation dynamique systémique globale des émissions du moteur et d) effectuer l'optimisation dynamique systémique globale des émissions du moteur par une action sur les sous-systèmes du véhicule auto- 20 mobile. La base de l'invention est un procédé d'optimisation systémique global des émissions du moteur. Pour cela, on surveille les émissions du moteur dans une fenêtre d'exploitation prédéfinie, avec un algorithme prédéfini (par exemple l'algorithme "emroad - Tool" connu 25 selon l'article "Analyzing on-road emissions of light-Scientific and Tech- nical Reports, ISBN 978-92-79-19072-8) de façon à respecter les valeurs prédéterminées pour les différents types d'émission. Le procédé règle différents systèmes d'un véhicule automobile qui influencent les émissions. 30 Le procédé selon l'invention s'exécute en plusieurs étapes. Tout d'abord on calcule en temps réel, la fenêtre d'exploitation prédéfinie de l'algorithme donné, notamment dans un appareil de commande du véhicule ; le calcul se fait selon l'invention à une fréquence inférieure à celle prédéfinie. Dans l'étape suivante, on utilise la fenêtre 35 d'exploitation suivante pour déterminer la commande d'émission. Dans 3036739 3 la troisième étape, on déduit du procédé de l'invention, des mesures pour une optimisation dynamique systémique globale des émissions du moteur. Dans la dernière étape, on optimise les émissions du moteur en intervenant sur le sous-système du véhicule automobile. 5 Les avantages de ce procédé sont, d'une part de calculer en parallèle toujours plusieurs fenêtres d'exploitation avec un calcul basse fréquence et d'autre part, de garantir de cette manière que le respect des limites d'émission, pour la fenêtre d'exploitation suivante. Un sous-système qui sert de grandeur de réglage dans le procédé de 10 l'invention est par exemple défini comme suit : le système d'air, notamment la valeur de consigne du taux de recyclage des masses d'air et de gaz d'échappement (AGR) ainsi que la pression d'alimentation, la dérivation radiateur-AGR et la répartition entre la haute et basse pression AGR, 15 le réglage variable des soupapes d'admission et d'échappement ou de l'arbre à cames, la régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx en option : les degrés de liberté pour le démarrage, pour éviter, réduire ou rallonger la régénération d'un catalyseur accumulateur 20 d'oxydes NOx, le catalyseur SCR et notamment le niveau de remplissage en ammoniac ainsi que, le cas échéant, la logique raccordée pour réchauffer le catalyseur. Un mode de réalisation préférentiel de l'invention prévoit 25 pour un calcul à basses fréquences, de démarrer une nouvelle fenêtre d'exploitation si au maximum un tiers de la fenêtre précédente est passé. Un avantage de cette procédure est de calculer toujours de cette manière, en parallèle, trois fenêtres d'exploitation. Le procédé n'est toutefois pas limité au cas particulier de trois fenêtres d'exploitation en pa- 30 rallèle ; l'algorithme fonctionne également pour calculer simultanément quatre ou cinq fenêtres d'exploitation. Si l'on calcule simultanément, de manière explicite plus de cinq fenêtres d'exploitation, il est préférable d'appliquer une autre variante de l'algorithme qui tient compte simultanément de plusieurs fenêtres d'exploitation. 3036739 4 Selon un développement préférentiel alternatif de l'invention, à la place du calcul des fenêtres d'exploitation prédéfinies on peut également calculer de manière simplifiée et utiliser des fenêtres d'exploitation avec des pas de temps fixes ou des chemins de déplace- 5 ment fixes. On économise de cette manière de la puissance de calcul et ainsi du temps de calcul. Pour déterminer la commande d'émission on calcule no- tamment, dans une première étape, pour la fenêtre d'exploitation suivante, une valeur maximale Vi,max prescrite pour chaque type d'émission 10 ainsi que la consommation de carburant. En outre, on prédéfinit une valeur maximale de la consommation de carburant et/ou les émissions de CO2 par kilomètre. De façon avantageuse, on choisit la valeur maximale Vi,max pour les émissions dans cette étape du procédé et on prédéfinit un niveau inférieur au niveau fixé par le législateur de façon à ne 15 dépasser en aucun cas les valeurs d'émission exigées par le législateur. Dans une seconde étape de détermination de la commande d'émission, on détermine de préférence en temps réel les émissions Vi,req nécessaires pour la fenêtre d'exploitation suivante pour arriver à la valeur maximale Vi,m. prédéfinie. La détermination réelle a 20 l'avantage de permettre une adaptation souple des sous-systèmes res- ponsables des émissions pour une optimisation dynamique des émissions du moteur. De façon préférentielle, pour déterminer la commande des émissions pour chaque type d'émission, on divise chaque fois la va- 25 leur Vi,req des émissions nécessaires par la valeur maximale Vi,max des émissions. VI>req (1) ,max 30 On obtient ainsi, pour chaque émission, un coefficient Fi, qui indique si la valeur maximale prédéfinie Vi,max est atteinte, on dépassée vers le haut ou vers le bas. L'indice (i) correspond au type d'émission. A l'aide de ce procédé avantageux, on obtient un indicateur 3036739 5 plus simple, à savoir le coefficient Fi, sur lequel doivent être adaptés les sous-systèmes pour arriver à l'optimisation des émissions du moteur. De façon avantageuse, on calcule le coefficient Fi, pour déterminer la commande de l'émission pour chaque type d'émission non seulement 5 pour la fenêtre suivante à exécuter, mais également pour la seconde fe- nêtre suivante. De cette manière, on a une adaptation souple et dynamique des sous-systèmes pour optimiser les émissions du moteur. De façon préférentielle, on dérive les mesures d'optimisation dynamique des émissions du moteur en fonction des 10 coefficients Fi, calculés pour chaque type d'émission. Ce procédé a l'avantage que, de cette manière, le procédé peut être optimisé pour les différents types d'émission. A la fin de la fenêtre d'exploitation, on mémorise, de pré- férence des informations statistiques et ensuite on en tient compte pour 15 appliquer l'optimisation. Un avantage de ce procédé est de permettre ainsi de respecter les émissions tout d'abord pour la fenêtre d'exploitation suivante. De façon préférentielle, on enregistre en mémoire le pour- centage d'un nombre applicable de fenêtres d'exploitations qui se si- 20 tuent chaque fois en-dessous de la valeur maximale Vi,'iax de l'émission respective. Cette procédure fournit avantageusement une information du nombre de fenêtres d'exploitation ayant respecté la valeur maximale des émissions. En outre, ce procédé est avantageux car en fonction du pourcentage mémorisé on peut multiplier la valeur d'entrée 25 et/ou les grandeurs de sortie des champs de caractéristiques avec un coefficient amplificateur pour intervenir plus ou moins fortement que ce qui est appliqué. L'optimisation se fait avantageusement à l'aide d'un champ de caractéristiques par l'action de sous-systèmes ; les coeffi- 30 cients calculés forment pour chaque type d'émissions, les entrées X et Y du champ de caractéristiques. Ce procédé permet d'optimiser de manière simple et structurée en intervenant sur les différents sous-systèmes. L'optimisation des émissions du moteur est avantageu- 35 sement effectuée pour tenir compte de la possibilité de transposition 3036739 6 aux différents sous-systèmes du véhicule. L'avantage de ce procédé est de pouvoir s'appliquer simplement par la demande d'optimisation des émissions d'un moteur pour être transposé sans complication et cela sans réaction des sous-systèmes qui, évidemment, tiennent compte des 5 limites respectives des possibilités de conversion optimale. L'invention comporte également un programme d'ordinateur pour exécuter les étapes du procédé, notamment par un calculateur ou un appareil de commande électrique. Il est possible d'implémenter le procédé selon l'invention avec un appareil de com- 10 mande électronique sans avoir à faire des modifications constructives. L'invention a également pour objet un support de mé- moire lisible par une machine et contenant l'enregistrement du programme ainsi qu'un appareil de commande électrique pour exécuter le procédé. 15 Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l'aide d'un procédé d'optimisation dynamique systémique, global, des émissions d'un moteur représenté dans les dessins annexés dans lesquels : 20 la figure 1 est un ordinogramme montrant le déroulement selon l'invention pour optimiser les émissions du moteur, et la figure 2 montre un champ de caractéristiques utilisées pour l'optimisation des émissions du moteur. Exemples de réalisation de l'invention 25 Le procédé d'optimisation systémique, global, des émis- sions d'un moteur selon un exemple de l'invention commence par l'étape 10. Dans l'étape 11 suivante du procédé, on prédéfinit les fenêtres d'exploitation de l'algorithme en temps réel dans l'appareil de commande du véhicule automobile. On démarre toujours une nouvelle 30 fenêtre d'exploitation lorsqu'au maximum un tiers de la fenêtre précé- dente est écoulé. Dans l'étape 12 suivante du procédé, on utilise la fenêtre d'exploitation exécutée chaque fois ensuite pour déterminer la commande d'émission. Pour cela, dans la première étape 13 pour la fenêtre 35 d'exploitation à exécuter ensuite, on calcule une valeur maximale Vi,max 3036739 7 pour chaque type d'émission prescrit ainsi que pour la consommation de carburant. Ces valeurs maximales Vi,max, constituent chacune un objectif à atteindre pour les types d'émission et pour la consommation de carburant. L'indice (i) désigne le type d'émission ou la consommation 5 de carburant. En outre, dans l'étape 13 du procéde, on prédéfinit une valeur maximale pour la consommation de carburant et les émissions de CO2 par kilomètre. Dans l'étape 14 suivante on détermine en temps les émissions Vi,req nécessaires pour la fenêtre d'exploitation qui doit être 10 exécutée ensuite, pour atteindre les valeurs maximales Vi,max c'est-à- dire les objectifs prédéfinis dans l'étape précédente. Dans l'étape 15 du procédé selon l'invention, on divise pour chaque type d'émission, chaque valeur Vi,req des émissions nécessaires par la valeur maximale Vi,max des émissions (selon la formule (1)). 15 De cette manière, on obtient un coefficient Fi pour chaque type d'émission ; ce coefficient indique si la valeur maximale prédéfinie est atteinte, on dépassée vers le haut ou vers le bas. Le coefficient Fi a nominalement une valeur d'environ 1. Si le coefficient Fi est supérieur à 1, cela signifie que la fenêtre d'exploitation prise en compte actuelle- 20 ment dépasse l'objectif prédéfini. Si le coefficient Fi est inférieur à 1, ce- la signifie que l'objectif prédéfini n'est pas atteint et il reste jusqu'à la fin de la fenêtre d'exploitation, du temps pour atteindre l'objectif à l'aide de moyens. Pour exécuter de manière optimale le procédé selon l'invention d'optimisation dynamique des émissions, on calcule le coeffi- 25 cient Fi, non seulement pour la fenêtre d'exploitation suivante à exécu- ter, mais aussi pour la fenêtre après. Dans l'étape suivante 16 du procédé de l'invention on dé- duit les moyens d'optimisation dynamique, systémique, globale, des émissions en fonction des coefficients Fi calculés pour chaque type 30 d'émission. Il est important alors de pondérer de manière habile les pro- cédés en concurrence ou en opposition ainsi que leurs effets sur les émissions. Dans le cas d'un véhicule à moteur diesel, il s'agit principalement d'un compromis entre CO2 et NOx. Dans l'étape 17 du procédé on optimise les émissions du 35 moteur par des actions sur différents sous-systèmes du véhicule qui 3036739 8 influencent les émissions. Dans cette étape, on règle les sous-systèmes pour optimiser les émissions ; l'optimisation se fait chaque fois avec un champ de caractéristiques pour chaque intervention sur un sous-système. Un tel champ de caractéristiques est présenté à la figure 2 et 5 se distingue en ce que les coefficients calculés Fi constituent pour chaque type d'émission, les entrées x et y du champ de caractéristiques. Dans le cas de l'exemple d'un véhicule à moteur diesel, il s'agit des coefficients Foo2 et FNox comme cela est indiqué à la figure 2. La valeur de sortie du champ de caractéristique est un coefficient FOUT compris entre 10 -1 et 1. Ce coefficient FOUT indique aux sous-systèmes respectifs s'il faut optimiser le type d'émission de l'entrée x ou de l'entrée y, c'est-à-dire dans le cas présent de CO2 ou de NOx. L'optimisation des émissions du moteur se fait ainsi sans tenir compte de la possibilité d'application aux différents sous-systèmes 15 du véhicule car les sous-systèmes eux-mêmes tiennent compte de leurs limites et de leur possibilité pour ce procédé d'optimisation. Le procédé de l'invention n'a pas besoin d'un retour du sous-système. En pratique, le système commence à un tiers avant la fin de la fenêtre d'exploitation pour optimiser les émissions de cette fenêtre d'exploitation. Si par 20 exemple les émissions de NOx sont mauvaises / élevées, le système cherchera à retarder l'injection. Si le point de fonctionnement ne convient pas pour cela, on réglera simplement dans le sens du retard si bien que les émissions de NOx seront toujours plus mauvaises / plus élevées. D'autres systèmes seront activés d'eux-mêmes si bien qu'à la 25 fin de la fenêtre d'exploitation, les différentes émissions se situeront en- dessous des valeurs maximales prédéfinies Dans la dernière étape 18 du procédé de l'invention, à la fin d'une fenêtre d'exploitation, on mémorise les informations statistiques pour en tenir compte ultérieurement pour optimiser les émis- 30 sions. Dans un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention, on enregistre le pourcentage du nombre applicable de fenêtres d'exploitations et qui se situe chaque fois en-dessous de la valeur maximale Vi,max pour chaque émission. En fonction de cela on multiplie alors les grandeurs d'entrée et/ou les grandeurs de sortie du champ de 35 caractéristiques avec un coefficient d'amplification pour réaliser des in- 3036739 9 terventions plus grandes ou plus petites comme applicables et respecter les émissions au moins pour les fenêtres d'exploitations futures. On détermine le coefficient d'amplification, avec une courbe caractéristique dont l'entrée est le pourcentage des émissions dans la fenêtre objectif. 5 Un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention tel que décrit calcule avec des simplifications autour du calcul à basse fréquence des fenêtres d'exploitation prédéfinies en ce que l'on utilise des fenêtres d'exploitation avec des intervalles de temps fixes (par exemple 15 minutes) ou des segments de trajet fixe (par exemple 6 km). 10 15 REVENDICATIONS1°) Procédé d'optimisation dynamique systémique, globale, des émissions d'un moteur surveillées par une fenêtre d'exploitation prédéfinie d'un algorithme donné pour respecter des valeurs prédéfinies pour les différents types d'émission, le procédé réglant les différents sous- systèmes d'un véhicule automobile qui influencent les émissions et comprenant les étapes suivantes consistant à: a) calculer (11) la fenêtre d'exploitation prédéfinie de l'algorithme prédéfini en temps réel, le calcul se faisant à une fréquence inférieure à celle prédéfinie, b) utiliser la fenêtre d'exploitation ensuite pour déterminer (12) une commande d'émission, c) dériver (16) des mesures pour l'optimisation dynamique systémique globale des émissions du moteur, et d) effectuer (17) l'optimisation dynamique systémique globale des émis- sions du moteur par une action sur les sous-systèmes du véhicule automobile. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le calcul à basse fréquence (11) on démarre une nouvelle fenêtre d'exploitation au maximum après un tiers de la fenêtre précédente. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au lieu de calculer des simplifications pour l'algorithme prédéfini de l'exploitation des fenêtres on utilise des fenêtres d'exploitation selon un intervalle de temps fixe ou un trajet de circulation fixe. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer la commande d'émission, dans une première étape (13) pour la fenêtre d'exploitation à exécuter ensuite, on calcule chaque fois une valeur maximale (Vi,..) pour chacun des types d'émission prédéfini ainsi que pour la consommation de carburant et on prédéfinit une va- 3036739 11 leur maximale pour la consommation de carburant et/ou pour les émissions de CO2 par kilomètre. 5°) Procédé selon la revendication 4, 5 caractérisé en ce qu' en déterminant la commande d'émission dans la seconde étape (14) on détermine en temps réel les émissions (Vi,req) nécessaires pour la fenêtre d'exploitation à exécuter ensuite et pour arriver à la valeur maximale prescrite 10 6°) Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que pour déterminer (12) la commande d'émission pour chaque type d'émission on divise chaque fois la valeur (Vi,,,q) des émissions requises 15 par la valeur maximale des émissions (15) pour obtenir pour chaque type d'émission, un coefficient (Fi) indiquant si la valeur maxi- male prédéfinie est atteinte, ou dépassée vers le haut ou vers le bas. 20 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' en déterminant la commande d'émission on calcule le coefficient (Fi) pour chaque type d'émission non seulement pour la fenêtre suivante à exécuter, mais également pour la fenêtre qui vient ensuite. 25 8°) Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu' on dérive les mesures d'optimisation dynamique des émissions du moteur en fonction des coefficients calculés (Fi) pour chaque type 30 d'émission. 9°) Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu' 3036739 12 à la fin d'une fenêtre d'exploitation on enregistre en mémoire les informations statistiques (18) et on en tient compte ultérieurement pour l'optimisation (17). 5 10°) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' on enregistre en mémoire le pourcentage d'un nombre applicable de fenêtres d'exploitation situé chaque fois en-dessous de la valeur maximale de l'émission respective. 10 11°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu' on optimise (17) à l'aide d'un champ de caractéristiques en intervenant sur le sous-système, les coefficients calculés (Fi) formant pour chaque 15 type d'émission, les entrées x et y du champ de caractéristiques. 12°) Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu' on optimise (17) les émissions du moteur sans tenir compte de la possi- 20 bilité d'application dans les différents sous-systèmes du véhicule auto- mobile. 13°) Programme d'ordinateur pour exécuter chaque étape du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 ainsi que support de 25 mémoire lisible par une machine avec l'enregistrement de ce programme d'ordinateur et appareil de commande électronique pour exécuter le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 30