Brevet FR3100574A1 — publié le 20210312

La présente invention est relative à un procédé pour créer un modèle de moteur, à un modèle de moteur, et à une plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur qui utilise ce modèle de moteur. Un procédé selon la présente divulgation pour créer un modèle de moteur (1) comprend les étapes suivantes : créer un premier modèle (S1,2) qui modélise l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites, créer un second modèle (S2,3) qui modélise le trajet de l'air, et coupler (S3) le premier modèle (2) et le second modèle (3). figure pour l’abrégé : figure 1 Créer un modèle de moteur pour calibrer un groupe motopropulseur La présente invention est relative à un procédé pour créer un modèle de moteur, à un modèle de moteur, et à un plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur qui utilise ce modèle de moteur. Un procédé de calibrage amélioré pour commander un moteur à combustion interne est divulgué dans le document DE 10 2017 110 795. Un procédé selon la présente divulgation pour créer un modèle de moteur comprend les étapes suivantes : créer un premier modèle qui modélise l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites, créer un second modèle qui modélise le trajet de l'air, et coupler le premier modèle et le second modèle. En raison de la complexité croissante des groupes motopropulseurs et des moteurs et de la nécessité de prendre en considération différentes conditions environnementales telles qu'une haute altitude et des températures variables, un calibrage de moteur virtuel est avantageux dans le but de réduire les efforts de calibrage et par conséquent les coûts. Cela pourrait également aider à optimiser le nombre de prototypes requis et/ou à limiter les matrices de test. Toutefois, pour qu'un calibrage virtuel d'un groupe motopropulseur soit réussi, des modèles fiables et prédictifs qui sont rapides et qui ne requièrent que des ressources de calcul limitées sont nécessaires. Le procédé selon la présente divulgation permet la conception d'un modèle de moteur en créant un premier modèle et un second modèle, qui sont couplés l'un à l'autre. Avec cette conception, il est possible de combiner le premier modèle qui est avantageux pour la modélisation des processus relatifs à la combustion, c'est-à-dire l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites, pour une grande plage de fonctionnement, de préférence dans des conditions de régime permanent, et le second modèle qui est avantageux pour la modélisation de processus relatifs à la dynamique de l'air, c'est-à-dire le trajet de l'air, en particulier pour des conditions transitoires. En couplant le premier modèle et le second modèle, les avantages de chaque modèle, la qualité de la modélisation et les effets transitoires peuvent être utilisés favorablement. Dans plusieurs aspects de la présente divulgation, un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le premier modèle, et un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le second modèle. De cette manière, la présente divulgation permet de créer le premier modèle et le second modèle comme un modèle statistique ou un modèle physique, ce qui présente l'avantage que le type de modèle peut être adapté aux exigences du premier modèle ou du second modèle. Par exemple, le modèle statistique est préférable si la précision sur une grande plage de fonctionnement, de préférence dans des conditions de régime permanent, est pertinente, alors que le modèle physique est préférable si des conditions transitoires sont pertinentes. Dans un autre aspect avantageux de la présente divulgation, le couplage entre le premier modèle et le second modèle est effectué par l'intermédiaire d'une approche du type modèle de moteur de valeur moyenne (MVEM). Le MVEM permet des calculs valables en temps réel en modélisant le comportement thermodynamique du moteur d'une manière efficace. Il reçoit des informations relatives au trajet de l'air à partir du second modèle et fournit des résultats à partir des processus dans les cylindres au second modèle. Le premier modèle fournit des paramètres relatifs à l'injection de carburant, au processus de combustion ainsi qu'aux émissions produites au niveau du MVEM. Un modèle de moteur est créé par le procédé divulgué. Le modèle de moteur permet de modéliser l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites pour une grande plage de fonctionnement et le comportement transitoire du trajet de l'air du moteur parce qu'il contient le premier modèle et le second modèle, qui sont couplés. Le premier modèle produit de préférence des quantités telles que des émissions polluantes, le couple et une masse de carburant à injecter. Le second modèle produit de préférence des valeurs telles que des pressions et des températures le long du trajet de l'air. En couplant le premier modèle et le second modèle, des résultats en provenance du premier modèle sont fournis comme entrées au second modèle et vice versa. De cette manière, les dépendances entre le trajet de l'air et l'injection, la combustion et les émissions peuvent être capturées et permettent de modéliser un moteur. Une plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur comprend un panneau de commande, une UCM et un système d'automatisation. La plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur est conçue de manière à exécuter un modèle de moteur selon le modèle de moteur divulgué et à exécuter les étapes suivantes : entrer des informations dans le système d'automatisation par l'intermédiaire du panneau de commande, définir une cible de calibrage par le système d'automatisation sur la base des informations entrées, définir des points de consigne de commande par l'UCM sur la base de la cible de calibrage définie, exécuter le modèle de moteur en prenant en considération les points de consigne de commande définis, et produire un résultat du modèle de moteur exécuté par le panneau de commande. La plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur permet de calibrer un réglage de l'UCM. En utilisant le modèle de moteur pour effectuer le calibrage du réglage de l'UCM, la plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur peut bénéficier du couplage du premier modèle et du second modèle et peut par conséquent fournir des résultats précis pour une grande plage de fonctionnement sous des conditions stationnaires et transitoires. Des points de consigne de commande, définis par l'UCM sur la base des cibles de calibrage définies, définissent, par exemple, des points de consigne pour un actionneur de trajet de l'air et/ou un système d'injection. L'UCM pourrait être une UCM réelle aussi bien qu'une UCM virtuelle. La plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur peut être connectée à un logiciel de calibrage qui permet d'accéder à l'UCM et de modifier son réglage directement. Des aspects illustratifs préférés de la présente divulgation vont être discutés d'une façon plus détaillée sur la base des figures suivantes, dans lesquelles : montre de façon schématique un procédé pour créer un modèle de moteur selon les enseignements de la présente divulgation, montre de façon schématique un modèle de moteur selon les enseignements de la présente divulgation, montre de façon schématique une plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur selon les enseignements de la présente divulgation, et montre de façon schématique des étapes exécutées par une plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur selon les enseignements de la présente divulgation. La montre un procédé pour créer un modèle de moteur 1 et comprend les étapes suivantes : créer un premier modèle S1,2 qui modélise l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites, créer un second modèle S2,3 qui modélise le trajet de l'air, et coupler S3 le premier modèle 2 et le second modèle 3. La création S1, S2 du modèle de moteur 1 à partir du premier modèle 2 et du second modèle 3 présente l'avantage que le premier modèle 2 et le second modèle 3 peuvent être créés en fonction des exigences des processus à modéliser. Le couplage S3 du premier modèle 2 et du second modèle 3 permet de combiner les avantages des deux modèles. Dans plusieurs aspects de la présente divulgation, un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le premier modèle 2, et un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le second modèle 3. Ceci permet de choisir le type approprié de modèle en fonction des exigences. Par exemple, si la précision pour des conditions stationnaires ou quasi-stationnaires est importante, un modèle statistique pourrait être préféré. Si une dynamique transitoire constitue une caractéristique importante à capturer par le modèle, un modèle physique pourrait être préféré. Dans un autre aspect de la présente divulgation, le couplage (S3) est effectué par l'intermédiaire d'un modèle de moteur de valeur moyenne (MVEM). L'approche MVEM présente l'avantage de temps de calcul très courts. Par conséquent, elle est appropriée pour des applications en temps réel. Le MVEM reçoit des informations relatives au trajet de l'air en provenance du second modèle 3 et communique des informations relatives à la thermodynamique dans les cylindres au second modèle 3. Le premier modèle 2 fournit au MVEM des paramètres pertinents pour l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites. De cette manière, le premier modèle 2 et le second modèle 3 sont couplés par l'intermédiaire du MVEM, ce qui permet une modélisation efficace et précise du moteur et du trajet de l'air. Un modèle de Conception d'Expériences (DOE) est utilisé pour créer le modèle statistique. Le modèle DOE permet de réaliser une modélisation précise du comportement du moteur pour une grande plage de fonctionnement dans des conditions de régime permanent. Par conséquent, il est favorablement utilisé pour optimiser le calibrage du moteur. Le modèle statistique est utilisé pour créer le premier modèle 2. Les modèles statistiques, tels que les modèles DOE, sont supérieurs aux modèles physiques, si des phénomènes complexes tels que l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites doivent être modélisés avec une grande précision et des contraintes strictes s'agissant du temps de calcul disponible. Par conséquent, le modèle DOE est favorablement utilisé pour créer le premier modèle 2. Le modèle physique est utilisé pour créer le second modèle 3. Les modèles physiques sont supérieurs aux modèles statistiques si une dynamique transitoire, telle qu'une dynamique de trajet de l'air, doit être modélisée. Par conséquent, le modèle physique est utilisé pour créer le second modèle 3, permettant de ce fait une modélisation précise des comportements transitoires du trajet de l'air du moteur. La montre de façon schématique un modèle de moteur 1 créé par le procédé représenté de façon schématique dans la . Le modèle de moteur 1 reçoit des points de consigne de commande 4 en provenance d'une unité de commande de moteur (UCM) 5 comme entrées. Les points de consigne de commande 4 définissent les valeurs cibles pour des quantités pertinentes. Lors de l'accomplissement du calcul, un résultat 6 du modèle de moteur 1 est utilisé comme sortie vers l'UCM 5. Le modèle de moteur 1 est conçu de manière à exécuter des opérations de calibrage de moteur. Un calibrage des quantités pertinentes peut être exécuté par un transfert d'informations entre l'UCM et le modèle de moteur. La montre de façon schématique une plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur 7, appelée Plate-forme de Calibrage Virtuelle FEV (vCAP), comprenant un panneau de commande 8, un coffret Hardware-in-the-loop (HiL) 9 et un coffret UCM 10. Le panneau de commande 8 comprend un clavier pour entrer des informations ainsi que plusieurs écrans pour afficher les informations. Le coffret HiL 9 comprend un module d'acquisition à entrée/sortie (I/O) 11 et un dispositif de calcul 12, qui comprend un système d'automatisation 13. Le coffret UCM comprend l'UCM 5. La plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur 7 est conçue de manière à exécuter un modèle de moteur 1 selon l’invention et à exécuter les étapes suivantes, comme cela est montré dans la : entrer S10 des informations dans le système d'automatisation 13 par l'intermédiaire du panneau de commande 8, définir S20 une cible de calibrage à l'aide du système d'automatisation 13 sur la base des informations entrées S10, définir S30 des points de consigne de commande 4, par l'UCM 5 sur la base de la cible de calibrage définie S20, exécuter S40 le modèle de moteur 1 en prenant en considération les points de consigne de commande définis S30, et produire S50 un résultat du modèle de moteur exécuté S40 à l'aide du panneau de commande 8. Sur la base de la définition S10 de la cible de calibrage, la plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur 7 permet le calibrage des réglages de l'UCM 5. La cible de calibrage est définie S10 par le système d'automatisation 13 sur la base des informations entrées S10 en utilisant le clavier du panneau de commande 8. A la place d'un clavier, des moyens alternatifs pour entrer des informations peuvent être choisis, tels que des entrées par commande vocale ou des entrées d'informations automatisées réalisées par un ensemble d'instructions tel qu'un script ou un programme. La cible de calibrage est transférée du système d'automatisation 13 à l'UCM 5 par l'intermédiaire du module d'acquisition I/O 11 du coffret HiL 9. L'UCM 5 commande le fonctionnement du moteur réel. Le coffret HiL 9 comprend des modèles du système de groupe motopropulseur, comprenant le modèle de moteur 1. Par conséquent, la modélisation d'un moteur, d'un système de post-traitement des gaz d'échappement, d'un système de refroidissement et d'un véhicule peut être exécutée. Sur la base de la cible de calibrage définie S20, des points de consigne de commande 4 sont définis S30 par l'UCM 5 et sont transférés au modèle de moteur 1 par l'intermédiaire du module d'acquisition I/O 11. Le modèle de moteur 1 est exécuté S40 par le système d'automatisation 13 et calcule des paramètres de moteur tels que les pressions, les températures, le couple et les émissions polluantes en prenant en considération les points de consigne de commande 4. Les résultats du modèle de moteur 1 sont renvoyés par l'intermédiaire du module d'acquisition I/O 11 à l'UCM 5, qui pourra régler le fonctionnement du moteur sur la base des résultats. L'UCM 5 transfère les résultats au module d'acquisition I/O 11. A l'intérieur du coffret HiL 9, les résultats du modèle de moteur 1 peuvent être utilisés comme conditions d'entrée et/ou de frontière pour d'autres modèles contenus dans le coffret HiL 9. Le module d'acquisition I/O 11 transfère les informations contenant les résultats provenant du modèle de moteur 1 et optionnellement des résultats provenant des autres modèles au système d'automatisation 13. A l'intérieur du système d'automatisation 13, les résultats sont post-traités et analysés. Les résultats du modèle de moteur, le post-traitement et l'analyse sont envoyés sur des écrans du dispositif de panneau de commande 8 pour une représentation graphique. Alternativement ou additionnellement, les résultats peuvent être sauvegardés dans des fichiers et/ou être transmis à une personne ou à un dispositif. La plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur 7 est conçue de manière à optimiser des cibles de calibrage en exécutant de façon itérative les étapes S10 à S50. L'optimisation comprend une évaluation des résultats du modèle de moteur 1 sur la base du post-traitement et de l'analyse du système d'automatisation 13. En fonction du résultat de l'évaluation, les étapes S30 à S50, le post-traitement, l'analyse et l'évaluation sont répétés ou les points de consigne de commande sont stockés comme des réglages de calibrage optimisés. Procédé pour créer un modèle de moteur (1), comprenant les étapes suivantes : créer un premier modèle (S1,2) qui modélise l'injection de carburant, le processus de combustion ainsi que les émissions produites, créer un second modèle (S2,3) qui modélise le trajet de l'air, et coupler (S3) le premier modèle (2) et le second modèle (3), dans lequel le couplage (S3) est effectué à l'aide d'un modèle de moteur de valeur moyenne (MVEM) modélisant le comportement thermodynamique du moteur, qui reçoit des informations relatives au trajet de l'air à partir du second modèle et fournit des résultats à partir des processus dans les cylindres au second modèle, et dans lequel le premier modèle fournit des paramètres relatifs à l'injection de carburant, au processus de combustion ainsi qu'aux émissions produites au niveau du MVEM. Procédé pour créer un modèle de moteur (1) selon la revendication 1, dans lequel un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le premier modèle (2), et dans lequel un modèle statistique ou un modèle physique est utilisé pour créer le second modèle (3). Procédé pour créer un modèle de moteur (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel un modèle de plans d'expériences (DOE) est utilisé pour créer le modèle statistique. Procédé pour créer un modèle de moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le modèle statistique est utilisé pour créer le premier modèle (2). Procédé pour créer un modèle de moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le modèle physique est utilisé pour créer le second modèle (3). Modèle de moteur (1) créé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. Modèle de moteur (1) selon la revendication 6, dans lequel le modèle de moteur (1) est conçu de manière à exécuter des opérations de calibrage de moteur. Plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur (7), comprenant un panneau de commande (8), une UCM (5), et un système d'automatisation (13), dans laquelle la plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur (7) est conçue de manière à exécuter un modèle de moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, et dans laquelle la plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur (7) est conçue de manière à exécuter les étapes suivantes : entrer (S10) des informations dans le système d'automatisation (13) par l'intermédiaire du panneau de commande (8), définir (S20) une cible de calibrage à l'aide du système d'automatisation (13) sur la base des informations entrées (S10), définir (S30) des points de consigne de commande (4) à l'aide de l'UCM (5) sur la base de la cible de calibrage définie (S20), exécuter (S40) le modèle de moteur (1) en prenant en considération les points de consigne de commande définis (S30), et produire (S50) un résultat du modèle de moteur exécuté (S40) à l'aide du panneau de commande. Plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur (7) selon la revendication 10, dans laquelle la plate-forme de calibrage d'un groupe motopropulseur (7) est conçue de manière à optimiser des cibles de calibrage en exécutant de façon itérative les étapes décrites dans la revendication 10.