Brevet FR3129983A1 — publié le 20230609

Procédé de contrôle moteur d’un véhicule comportant un moteur (1) à combustion interne, comprenant les étapes suivantes : déterminer l’accélération instantanée du vilebrequin à partir du signal de position du vilebrequin, par plages de temps du cycle moteur de chaque cylindre ou groupes de cylindres, compresser les données issues de la détermination de ladite accélération instantanée selon un procédé de compression utilisant une base orthogonale, adresser les données compressées d’accélération instantanée du vilebrequin à un réseau de neurones afin que ce dernier détermine en résultats un indicateur de qualité de combustion, adresser l’indicateur de qualité de combustion à une unité (10) de contrôle moteur afin qu’elle modifie en fonction de celui-ci les commandes transmises aux actuateurs du moteur, dans le but de minimiser la consommation spécifique de carburant et les polluants pour une même commande de couple. Figure pour abrégé : figure 1 procédé et un dispositif de contrôle moteur L’invention se rapporte à un procédé et un dispositif de contrôle moteur d’un véhicule comportant un moteur à combustion interne, une unité électronique de contrôle dudit moteur à combustion interne, ce dernier comportant un vilebrequin, un capteur de position du vilebrequin émettant un signal de position du vilebrequin, au moins des actuateurs de commande de la quantité d’air admise dans le moteur et de la quantité de carburant injecté dans le moteur. Le contrôle d’un moteur à combustion interne peut être réalisé en boucle ouverte qui correspond à une mise au point des réglages des différents actuateurs d’un moteur à combustion interne pour chaque régime de fonctionnement donné, ou en boucle fermée avec un asservissement utilisant les informations en provenance de divers capteurs. Ces deux types de contrôle sont réalisées par une unité de contrôle moteur ECU (pour « Engine Contrôle Unit » en anglais) en utilisant des indicateurs de combustion qui ont une réalité physique, par exemple : La pression maximale dans le cylindre définie comme suit : Pmax = max(P(t)), avec P la pression dans la chambre de combustion, et t temps évalué sur un cycle moteur, par exemple deux tours de rotation pour un moteur à quatre temps ; La durée pour brûler une quantité donnée de X% de carburant pendant la phase de combustion, définie par X% de la quantité injectée de carburant dans le cycle moteur considéré, et nommée durée MFBX ; La pression moyenne indiquée IMEP (pour « Indicated Mean Effective Pressure » en anglais) pendant une plage de temps donnée, définie comme suit : Avec : Vs le volume balayé sur la plage de temps donnée, P la pression dans le cylindre, et dV la variation de volume instantané dans la chambre de combustion ; La covariance Cov_IMEP de la pression moyenne indiquée IMEP pendant N cycles moteur, définie comme suit : Cov_IMEP = STDEV(IMEP) * 100 / IMEP, avec STDEV la déviation standard. La pression maximale Pmax doit être limitée à une valeur maximale pour garantir la résistance du cylindre moteur à une casse. La durée MFB10 ou MFB20, représentant respectivement la durée pour brûler 10% ou 20% de la masse de carburant injectée dans un cycle moteur, permet de caractériser la rapidité de l’allumage et de la formation initiale du noyau de flamme. Ce paramètre MFBX permet de caractériser la qualité de la combustion. Le MFB80 ou MFB90 représentant respectivement la durée pour brûler 80% ou 90% de la masse de carburant injectée dans un cycle moteur, permet quant à lui de caractériser si la combustion est complète dans le temps moteur requis, et sa valeur doit être gardée dans des limites acceptables pour minimiser les combustions partielles. Le paramètre MFB50 représentant la durée pour brûler 50% de la masse de carburant injectée dans un cycle moteur, est utilisé usuellement pour estimer la demi-période de combustion. Ces estimateurs permettent de se comparer à une combustion thermodynamique parfaite, modélisée ou tabulée. La fraction de masse brulée va générer une augmentation de pression mesurable par la pression moyenne indiquée IMEP après soustraction des pertes thermiques. La pression moteur va générer le couple moteur après soustraction des pertes de frottement dans la chaine de traction. Connaissant la quantité de carburant injecté par le système de contrôle moteur, la valeur de la pression moyenne indiquée IMEP permet de caractériser l’efficacité de la combustion, donc la consommation de carburant. La covariance de la pression moyenne indiquée IMEP est un indicateur de la stabilité de combustion et doit être maintenue en dessous d’un niveau acceptable pour limiter les émissions polluantes et les vibrations parasites du moteur. En fonctionnement stabilisé, la moyenne et la covariance de la pression moyenne indiquée IMEP et du paramètre MFBX vont converger progressivement vers leurs valeurs uniques avec le nombre de cycles mesuré N. Une roue dentée est de manière connue utilisée pour estimer la vitesse de rotation du moteur. Elle est fixée sur l’arbre de rotation du moteur et comporte M dents : une dent longue qui correspond par exemple à l’absence d’une dent, et M-1 dents courtes ou normales. Les dents sont mesurées à travers un capteur inductif qui retourne le temps d’observation du passage de chaque dent à l’unité de contrôle moteur ECU. La méthode directe d’estimation des indicateurs de combustion est l’évaluation via un ou des capteurs moteurs standards, par exemple capteur de richesse en carburant, capteur de débit d’air, … en conjonction avec un ou plusieurs capteurs de pression cylindre par exemple comme décrit dans le document WO2011003540A2, à raison d’un capteur de pression cylindre par cylindre. A l’heure actuelle, ces capteurs de pression cylindre sont peu utilisés pour les applications embarquées, en raison de problèmes liés à la faisabilité et à l’augmentation importante du coût. Pour réduire le coût, un seul capteur de pression cylindre peut être utilisé sur un seul cylindre moteur, mais au prix d’une perte d’information sur les autres cylindres. En cas de fonctionnement différent cylindre à cylindre, l’information manquante est perdue. D’autres types de capteurs peuvent être utilisés comme décrit par exemple dans le document US2006069493, mais toujours à un prix important. En conséquence différentes méthodes alternatives ont été proposées. On connait une première méthode qui consiste à évaluer une partie des indicateurs, par exemple l’indicateur MFB50 tel que décrit plus haut, via des algorithmes d’estimation basés sur une tabulation ou modèle physique, sans utiliser de capteur de pression cylindre. Les modèles physiques doivent être suffisamment simplifiés pour pouvoir être inversés et être utilisés dans une boucle de contrôle. A cause de cette simplification nécessaire, ils ne peuvent donc représenter qu’une partie de la physique et des indicateurs de combustion ; ils ne peuvent par exemple pas représenter avec précision les instabilités de combustion caractérisées par l’indicateur de covariance Cov_IMEP de la pression moyenne indiquée IMEP. Les indicateurs peuvent alors être tabulés, mais au prix d’un effort de calibration et de stockage de fonctions multivariables, important ou approximatif. Dans tous les cas, cette évaluation de certains indicateurs est basée sur une approximation nominale. Cette approche est difficile à appliquer dans le cadre de combustion pauvre c’est-à-dire une combustion dans laquelle le rapport massique air/carburant est plus important que le rapport stœchiométrique, ou d’une combustion diluée c’est-à-dire une combustion dans laquelle la quantité de gaz résiduelle est importante, affectant l’allumage et la propagation de la flamme. On connaît une deuxième méthode qui consiste à modifier la méthode précédente via un réseau de neurones artificiels en utilisant en entrée le taux d’ouverture d’une vanne RGE (pour Recirculation des Gaz d’Echappement - ou EGR en anglais pour « Exhaust Gas Recirculation ») ou d’autres actuateurs et des indicateurs de combustion en sortie, comme décrit par exemple dans le document EP2431595B1. Il s’agit cependant d’un modèle global qui ne fournit pas d’informations détaillées sur les processus physiques et chimiques qui se déroulent à l’intérieur de la chambre de combustion, mais additionne toutes les incertitudes et toutes les erreurs d’évaluation. On connaît une troisième méthode qui consiste en une évaluation des indicateurs de combustion via une analyse du signal de la roue dentée mesuré par le capteur de position du vilebrequin. Une analyse de Fourier a été proposée par exemple dans le document EP2022967A mais cette analyse de Fourier doit faire l’objet de régressions mathématiques et tabulations afin de retourner les indicateurs voulus, mobilisant une importante capacité de calcul et de mémoire du calculateur de contrôle moteur. Une analyse par réseau de neurones a été proposée dans le document KR20030060703A par exemple, mais cette méthode doit être sous-discrétisée tous les 20 degrés de rotation du vilebrequin pour être calculable sur un système embarqué, ce qui empêche une précision suffisante pour la majorité des applications. La taille du signal de la roue dentée va être typiquement de l’ordre d’une centaine de données pour les 4 temps d’un cycle moteur à quatre temps par exemple. Le traitement par réseau de neurones va nécessiter l’ajout et le surcoût d’une électronique de calcul dédiée ou va devoir être calculé progressivement, ce qui va ralentir le temps de réponse du système au-delà d’un temps acceptable. En conséquence, l’analyse par réseau de neurones a été réduite à sa plus simple expression, ne permettant d’estimer que la pression maximale dans le cylindre Pmax. La présente invention permet de pallier tout ou partie de ces inconvénients. Plus précisément, elle consiste en un procédé de contrôle moteur d’un véhicule comportant un moteur à combustion interne, une unité électronique de contrôle (ECU) dudit moteur à combustion interne, ce dernier comportant un vilebrequin, un capteur de position du vilebrequin émettant un signal de position du vilebrequin, au moins des actuateurs de commande de la quantité d’air admise dans le moteur et de la quantité de carburant injecté dans le moteur, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : Déterminer l’accélération instantanée du vilebrequin à partir du signal de position du vilebrequin, par plages de temps associées à chaque cylindre ou groupe de cylindres, Compresser les données issues de la détermination de ladite accélération instantanée selon un procédé de compression utilisant une base orthogonale, Adresser les données compressées d’accélération instantanée du vilebrequin à au moins un réseau de neurones afin que ce dernier détermine en résultats au moins un indicateur de qualité de combustion, Adresser ledit au moins un indicateur de qualité de combustion à l’unité de contrôle moteur afin qu’elle modifie en fonction de celui-ci les commandes transmises aux dits au moins actuateurs, dans le but de minimiser la consommation spécifique de carburant et les polluants pour une même commande de couple. Selon une caractéristique avantageuse, le capteur de position du vilebrequin comporte une roue dentée fixée au vilebrequin et dotée de 60 dents et d’au moins une référence au tour, permettant au dit capteur de position du vilebrequin de fournir un signal de position tous les 360° / nombre de dents, soit dans l’exemple tous les 6° de déplacement angulaire du vilebrequin pour un moteur à quatre temps. Selon une caractéristique avantageuse, les données issues de la détermination de ladite accélération instantanée sont compressées selon un procédé de compression utilisant une base orthogonale, suivant un procédé de décomposition en valeur singulières, tronquée aux premiers éléments. Selon une caractéristique avantageuse, ledit au moins un réseau de neurones comprend un réseau de neurones profond de type parcimonieux. Selon une autre caractéristique avantageuse, lesdits résultats issus dudit au moins un réseau de neurones sont moyennés sur un nombre déterminé de cycles moteur afin que ces résultats soient stabilisés, de préférence un nombre déterminé de cycles moteur inférieur ou égal à 50. Selon une autre caractéristique avantageuse, on sélectionne un nombre limité de cycles moteur pour adresser les données compressées d'accélération instantanée du vilebrequin au dit au moins un réseau de neurones, selon une fréquence prédéterminée. Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit au moins un indicateur de la qualité de combustion comprend au moins un indicateur de combustion choisi parmi les indicateurs suivants : la pression moyenne indiquée moteur et sa covariance, le temps de combustion correspondant par exemple à 10, 20, 50, 80, ou 100% de la masse de carburant brûlée. Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit au moins un indicateur de la qualité de combustion comprend au moins en outre un indicateur du rapport de dilution de gaz brulés recirculant dans le moteur, ou la richesse qui indique la valeur de proportion entre l'air et le carburant du mélange admis dans la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique avantageuse, lesdits actuateurs comprennent en outre au moins un actuateur choisi parmi la liste suivante : actuateur de commande de l'allumage, actuateur de délai d'injection, actuateur de quantité de carburant injecté, actuateur de délai des ouvertures et fermetures des soupapes, actuateur de niveau de levée des soupapes, vanne papillon d'admission d'entrée d'air, et vanne de contrôle d'une unité de turbo chargement. L’invention se rapporte en outre à un dispositif de contrôle moteur d'un véhicule comportant un moteur à combustion interne, une unité électronique de contrôle (ECU) dudit moteur à combustion interne, ce dernier comportant un vilebrequin, un capteur de position du vilebrequin émettant un signal de position du vilebrequin, au moins des actuateurs de commande de la quantité d'air admise dans le moteur et de la quantité de carburant injecté dans le moteur, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens pour mettre en œuvre les étapes d'un procédé selon l’invention tel que défini précédemment. La présente invention apporte les avantages suivants : Le signal Crank de la roue est mesuré par un capteur déjà intégré au système et exploitable dans l’ECU, aucune instrumentation ou système d’acquisition supplémentaire n’est donc nécessaire ; Un réseau de neurones parcimonieux est plus simple que les réseaux de neurones classiques en raison de sa petite taille et de la compression linéaire en amont du réseau qui réduit considérablement le nombre d’opération. Il pourrait être codé sur un ECU (opérations réduites à des additions et multiplications) ; ce type de réseaux de neurones parcimonieux est plus résistant aux perturbations qu’une autre approche (type réseau de neurones redondant par exemple) : il sera moins soumis aux bruits parasites pouvant affecter le système de mesure ; Un réseau de neurones peut utiliser de façon connue des fonctions sigmoïdes qui peuvent être tabulées ou des fonctions max x = (0 si x 0), l’un de ces deux choix permettant une résolution avec une ressource de calcul limitée ; Le contrôle est bouclé par un asservissement sur les actuateurs (injection de carburant, valves …) qui permettent de garantir un niveau de covariance Cov_IMEP de la pression moyenne indiquée IMEP acceptable et un niveau de ratio paramètre MFB50/carburant optimal (mais aussi valable pour d’autres paramètres moteurs précisés ci-avant) ; La fonction pourrait être couplée à un adaptateur permettant de compenser une dérive éventuelle du système dans le temps ; Cela peut être couplé avec la présence d'un capteur de pression cylindre, mais un seul capteur par moteur et non pas un capteur par cylindre (le capteur est alors utilisé pour estimer l’évolution, le vieillissement et la différence moteur à moteur) ; La taille du signal de la roue dentée va être typiquement de l’ordre d’une centaine de données pour 4 temps de cycle moteur par exemple. Le traitement par réseau de neurones va nécessiter l’ajout et le surcoût d’une électronique de calcul dédiée ou va devoir être calculé progressivement, ce qui va ralentir le temps de réponse du système au-delà d’un temps acceptable ou obliger à sous échantillonner (mauvaises précisions angulaires). Dans le cas de la présente invention, en utilisant la compression ces désavantages disparaissent ; Une prédiction du ratio air/carburant ou AFR et du taux d’ouverture d’une vanne RGE (pour Recirculation des Gaz d’Echappement - ou EGR en anglais pour « Exhaust Gas Recirculation ») est également possible et a été testée avec cette nouvelle méthode, ce qui sera décrit plus loin avec l’aide de la . D’autres avantages apparaîtront à la lecture qui suit d’au moins un exemple de mode de réalisation d’un procédé de contrôle moteur selon l’invention, accompagné des dessins annexés, exemple donné à titre illustratif non limitatif. Description des dessins La est un schéma simplifié d’un exemple d’ensemble moteur comportant notamment une unité de contrôle moteur, un capteur de position du vilebrequin, des actuateurs et capteurs. La est un schéma fonctionnel d’un exemple de mode de réalisation d’un procédé de contrôle moteur selon l’invention. La est une représentation schématique d’un exemple de réseau de neurones utilisé dans le procédé selon la . La est un diagramme montrant l’évolution de l’indicateur de combustion MFB50 en comparaison de l’indicateur correspondant prédit selon le procédé de la , pour un point opérationnel donné. La est un diagramme montrant l’évolution du ratio air/carburant (AFR) moyen (rapport massique air sur carburant dans le cadre d’une combustion) divisé par le rapport stœchiométrique. L’axe des abscisses représentant la valeur réelle de l’AFR mesuré sur banc d’essai et l’axe des ordonnées la valeur prédite selon le procédé de la en boucle ouverte entre les étapes 20 et 35. La est un diagramme comportant trois sous-figures, une pour chaque cylindre du moteur, montrant une convergence rapide des résultats de l’indicateur de combustion MFB50 estimés par le procédé selon la comparée au résultat sur une moyenne glissante pour le même point opérationnel qu’utilisé pour la . Procédé de contrôle moteur d’un véhicule comportant un moteur (1) à combustion interne, une unité (10) électronique de contrôle dudit moteur à combustion interne, ce dernier comportant un vilebrequin, un capteur (3) de position du vilebrequin émettant un signal de position du vilebrequin, au moins des actuateurs (6, 8, 11) de commande de la quantité d’air admise dans le moteur et de la quantité de carburant injecté dans le moteur, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : -Déterminer l’accélération instantanée du vilebrequin à partir du signal de position du vilebrequin, par plages de temps associées à chaque cylindre ou groupe de cylindres, -Compresser les données issues de la détermination de ladite accélération instantanée selon un procédé de compression utilisant une base orthogonale, -Adresser les données compressées d’accélération instantanée du vilebrequin à au moins un réseau de neurones afin que ce dernier détermine en résultats au moins un indicateur de qualité de combustion, -Adresser ledit au moins un indicateur de qualité de combustion à l’unité (10) de contrôle moteur afin qu’elle modifie en fonction de celui-ci les commandes transmises aux dits au moins actuateurs (6, 8, 11), dans le but de minimiser la consommation spécifique de carburant et les polluants pour une même commande de couple. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le capteur (3) de position du vilebrequin comporte une roue dentée fixée au vilebrequin et dotée de 60 dents et d’au moins une référence au tour, permettant au dit capteur de position du vilebrequin de fournir un signal de position tous les 6° de déplacement angulaire du vilebrequin pour un moteur à quatre temps. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les données issues de la détermination de ladite accélération instantanée sont compressées selon un procédé de compression utilisant une base orthogonale, suivant un procédé de décomposition en valeur singulières, tronquée aux premiers éléments. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un réseau de neurones comprend un réseau de neurones profond de type parcimonieux. Procédé selon la revendication 4, dans lequel lesdits résultats issus dudit au moins un réseau de neurones sont moyennés sur un nombre déterminé de cycles moteur afin que ces résultats soient stabilisés, de préférence un nombre déterminé de cycles moteur inférieur ou égal à 50. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on sélectionne un nombre limité de cycles moteur pour adresser les données compressées d’accélération instantanée du vilebrequin au dit au moins un réseau de neurones, selon une fréquence prédéterminée. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un indicateur de la qualité de combustion comprend au moins un indicateur de combustion choisi parmi les indicateurs suivants : la pression moyenne indiquée moteur et sa covariance, le temps de combustion correspondant de préférence à 10, 20, 50, 80, ou 100% de la masse de carburant brûlée, la richesse. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un indicateur de la qualité de combustion comprend au moins en outre un indicateur du rapport de dilution de gaz brulés recirculant dans le moteur, ou la richesse qui indique la valeur de proportion entre l'air et le carburant du mélange admis dans la chambre de combustion. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits actuateurs comprennent en outre au moins un actuateur choisi parmi la liste suivante : actuateur de commande de l’allumage, actuateur de délai d’injection, actuateur de quantité de carburant injecté, actuateur de délai des ouvertures et fermetures des soupapes, actuateur de niveau de levée des soupapes, vanne papillon d’admission d’entrée d’air (11), et vanne de contrôle d’une unité de turbo-chargement. Dispositif de contrôle moteur d’un véhicule comportant un moteur (1) à combustion interne, une unité (10) électronique de contrôle dudit moteur à combustion interne, ce dernier comportant un vilebrequin, un capteur (3) de position du vilebrequin émettant un signal de position du vilebrequin, au moins des actuateurs (6, 8, 11) de commande de la quantité d’air admise dans le moteur et de la quantité de carburant injecté dans le moteur, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens pour mettre en œuvre les étapes d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.